DE2744718A1 - Elektronisch kommutierter motor und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

seiner Herste I lung

Die Erfindung betrifft allgemein umlaufende dynamoelektrische Maschinen und besonders solche Maschinen, welche ihre elektrische Leistung aus einer Gleichstromquelle oder einem Netzteil mit gleichgerichteter Wechselspannung erhalten und elektronische Mittel zur Kommutieruhg benutzen.

In den konventionellen umlaufenden Gleichstrommaschinen besteht die Kommutierung im wesentlichen in einem Umschaltvorgang zur Steuerung der Ströme durch die Abschnitte der Ankerwicklung.

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Dieser Vorgang wird in konventionellen Maschinen mit Hilfe von Bürsten und von in Segmente unterteilten Kollektoren (Kommutatoren) durchgeführt. Bei solchen Konstruktionen tritt an den Bürsten ein Verschleiß auf und sie müssen häufig ausgewechselt werden. Es ist auch unvermeidlich, daß eine Funkenbildung und eine entsprechende Erzeugung von HochfrequenzstörsignaI en vorhanden sind.

Diese Nachteile verbieten oft die Anwendung von Gleichstrommotoren für Anwendungsfälle mit kritischen Anforderungen, obwohl die Verwendung solcher Motoren aus anderen Gesichtspunkten heraus bevorzugt würde. Frühzeitige Bemühungen zur Schaffung von Gleichstrommotoren ohne Bürsten waren meist auf die folgenden Lösungsversuche beschränkt: Die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom und damit notwendiger Weise ein Betrieb mit Wechselstrom Induktionsmotor; die Verwendung der Geschwindigkeit des Läufers (Rotors) zur Umscha 11steuerung , welche jedoch nirht in allen Stellungen des Läufers unter verschiedenen PcIastungsverhäItηissen oder beim Anfahren des Motors wirksam war; oder die Verwendung von Schaltungen mit einer großen Anzahl von Scha 11er-Baue I ementen, wodurch die Schaltungen kompliziert und kostspielig waren.

Erfindungsgemäß wurden nunmehr einfachere und billigere Gleichstrommotoren geschaffen und es wurde gefunden, daß für Motoren mit elektronischer Kommutierung andere Beschränkungen gelten als für Motoren mit mechanischer Kommutierung. Dabei läßt sich eine Leistungsfähigkeit des Motors erreichen, welche noch gegenüber der bereits guten Leitungsfähigkeit von konventionellen Motorbauformen verbessert ist. Hierzu wird ein Messfüh I er sy st em zur Erfassung der Stellung des Läufers zusammen mit einer elektronischen Umschaltung verwendet und weiterhin noch ein Läufer mit Dauermagnet in Kombination mit einer ausgewählten unkonventionellen Anordnung des Kern des stationären Ankers und der Ankerwicklung für einen Gleichstrommotor.

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Die Motoren als Ausführungsform mit ausgewählten Merkmalen gemäß der Erfindung können leicht für Anwendungszwecke angepaßt werden, in denen nur ein möglichst geringer Platzbedarf erwünscht ist. Beispielsweise können diese¹ Motoren leicht angepaßt werden für den Antrieb des Verdichters oder Kompressors einer Klimaanlage in einem Fahrzeug oder Automobil, wobei die Leistung einer Lichtmaschine oder einem Akkumulator entnommen werden kann. In solchen Anordnungen können ein elektronisch kommutierter Motor und Verdichter beide in einem dicht verschlossenen Gehäuse untergebracht werden. Bei solchen verschlossenen Anordnungen sind Verunreinigungen durch Koh I etei I chen nicht erwünscht und die Verwendung von bürstenlosen Motoren in einer solchen Anordnung ergibt einen ausgeprägten Vorteil gegenüber Motoren mit mechanischer Kommutierung. Oa jedoch diese Einheiten luftdicht verschlossen sind, muß der Motor sehr zuverlässig sein und alle Teile des Motors müssen so beschaffen sein, daß das Gefriermittel weder den Motor beschädigt noch von den Bauteilen des Motors oder den für die Herstellung dieser Bauteile verwendeten Materialien beinträchtigt wird.

üblicherweise sind die Motorenhersteller mit einer ersten Art von Spezialausrüstung, Verfahren, Werkzeugen, Formen usw. ausgestattet zur Herstellung von Wechselstrominduktionsmotoren und mit einer zweiten Art von Anlagen für die Herstellung von Gleichstrommotoren. Zu einem hohen Grade sind die Werkzeuge und Anlagen für die Herstellung von Wechselstrommotoren nicht brauchbar für die Herstellung der vorbekanriten Gleichstrommotoren. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung können die stationären Anker für Gleichstrommotoren als Ausführungsform der Erfindung gewickelt werden unter Verwendung konventioneller Wickelmaschinen für Wechselstrommotoren.

Es ergibt sich daher ein weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung bezüglich der Kostenersparnis in der Herstellung und im Betrieb.

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Die elektronische Kommutierung kann entweder durch einen Aufbau der Schaltung als Zwei weg-Brückeng I e i ehr i chter oder als Einweg-Brückengleichrichter erreicht werden. Die Schaltung als Zweiweg-Brückengleichrichter verbessert die Ausnutzung der Kupferwicklung. Die Schaltung als Einweg-Brückengleichrichter ergibt den Vorteil einer Vereinfachung der Elektronik. Durch günstige Wahl der Wicklungsparameter, der Abmessung des Magneten und der Elektronik zur Steuerung des Kommutierungszyklus kann man einen zuverlässigen bürstenlosen Gleichstrommotor πι i t gutem Wirkungsgrad erhalten, welcher ein gewünschtes Verhältnis zwischen Drehzahl und Drehmoment besitzt und mit annehmbaren Kosten hergestellt werden kann.

Es ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung einen neuen und verbesserten bürstenlosen Gleichstrommotor zu schaffen, welcher zuverlässig und mit gutem Wirkungsgrad betrieben werden kann, und weiterhin Verfahren zur Herstellung dieses Ki tors zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines neuartigen und verbesserten bürstenlosen Gleichstrommotors, welcher wirtschaftlich hergestellt werden kann, mit einem sehr kompakten Aufbau hergestellt werden kann oder mit Messfühlern (Sensoren) zur Erfassung der Stellung der Motorwelle ausgestattet werden kann, welche in einem Gehäuse für die Endwindung der Ankerwicklung angebracht sind.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer neuartigen und verbesserten Schaltung, welche auf die inneren Spannungsverhältnisse der Ankerwicklung anspricht zur Feststellung der Stellung der Läuferwelle und zur Erzeugung von Signalen zur Anzeige dieser Stellung zur wirksamen Kommutierung von Signalen zur Zuschaltung der Wicklung.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines neuen und verbesserten bürstenlosen Gleichstrommotors, bei

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welchem die Voreilung der Kommutierung der Ständerwick Lungen durch die Stellung der optischen Messfühler mit Lichtkopplung gesteuert wird.

Line weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Erreichung einer möglichst kleinen erforderlicher! Anzahl von Stellungsmessfühlern in einem elektronisch kommutierten Motor.

Eine weiterο Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Motors zum Retrieb durch eine Quelle für Gleichstrom oder gleichgerichteten Wechselstrom, wobei die Ankerwicklungen aus verteilten Wicklungen bestehen.

Eitie weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines neuartigen und verbesserten elektronisch kommutierten Motors, welcher in dem Anker bifilare Wicklungen besitzt.

Line weitere Aufgabe der Erfindunn besteht in der Schaffung eines neuartigen und verbesserten elektronisch kommutierten Motors mit möglichst geringen räumlichen Abmessungen.

Eine weiter»? Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines neuartigen und verbesserten elektronisch kommutierten Motors, welcher noch Vorrichtungen zum Schutz der Ausgangsstufen von festkörperbauelementeη in einer bestimmten Weise besitzt, so daß eine Energierückgewinnung oder Energiekonservierung vorhanden ist zur Vergrößerung des Ge samt w i rkurxj sg rades eines elektronisch kommutierten Motors und der elektronischen Schaltung, welche die Kommutierung für den Motor erzeugt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer neuartigen und verbesserten Schaltung zur Erfassung der niedrigen Drehzahl eines elektronisch kornmu l i er t en Motors und zur Unterbrechung des Motorbetriebs während einer vorbestimmten Zeitdauer.

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Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer neuartigen und verbesserten Schultung zur Feststellung eines Zustandes mit geringer Spannung in einem elektronisch kornmutierten Motor.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer neuen und verbessertet) Schaltungsanordnung zur Erfassung eines Zustand es mit hoher Spannung bei einem Motor mit elektronischer Kommut i erung.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines elektronisch kommutierten Motors bei welchem die Kommutierung vorverlegbar und aufrechter ha 11bar ist durch elektronische Simulation der Stellung des Läufers relativ zu dem stationären Anker (Ständer) und weiterhin ein vorbestimmter Voreilungswinkel aufrechterhalten werden kann.

Bei der Losung der vorgenannten Aufgaben ist eine Form der Erfindung ein bürstenloser Zweistufen-Gleichstrommotor mit verteilten Ankerwicklungen, welche entweder in einer Zweiweg-Brücke oder einer Einweg-B rücke gewickelt und angeschlossen werden können. In dem Läufer ist ein Paar von als Kreisbogenstücke ausgebildeten Magneten angebracht, die jeweils für jeden Pol eine bevorzugte Mindest bogen I änge von mindestens etwa 70 bis 90 elektrische Grade besitzen, wenn ein relativ hoher Wirkungsgrad erwünscht ist.Die Wick lungert si nd in den Nuten eines Ankerteils angeordnet und vorzugsweise so angeschlossen, daß sie bei ihrer Zuschaltung Magnetfelder erzeugen, welche einen UinkeIjbstand untereinander besitzen. Die Kommutierung der Wi ckl un^etiikann erreicht werden mit Hilfe einer Festkörperschaltung, welche durch Messfühleranordnungen gesteuert wird einschließlich eines Paars von Messfühlern (Sensoren), welche einen Bogenabstand von etwa 90 elektrische Grade untereinander besitzen und für jeden Läufer relativ zum Anker voreingesteI 11 werden.

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Eine weitere Ausführungsform enthält eine verbesserte elektronische Kommutierungsschaltung, welche Schaltungsteile umfaßt zur zuverlässigen Simulation der relativen Stellung von Läufer und Anker auch bei veränderlichen Drehzahlen und Wellenbelastungen. In einer Form enthält diese Schaltung Tei I scha 11ungen , welche auf die Flußverhältnisse in den Ankerwicklungen ansprechen und InfοrmationssignaIe erzeugen, welche die Stellung der Welle und des Ankers relativ zueinander anzeigen. Diese Informationssignale werden verwendet zur Steuerung einer Schaltung zur Stromversorgung des Ankers und zur Kommutierung und Zuführung von Antriebssignalen oder Strömen zu den Ankerwicklungen in einer vorbestimmten Reihenfolge, so duß eine wirksame Stromzuführung zu den Ankerwicklungen erfolgt.

Daher besteht eine weitere Aufgabe und ein weiterer Vorteil der Fi findung in der Schaffung einer elektronisch gesteuerten Kommutierung eines bur st en I ο sen G I eic hstrommotors auf der Grundlage der Flußverhältnisse, so daß diese Kommutierung nicht beeinträchtigt wird durch Änderungen in der Drehzahl oder in der UeI-lenbelastung und auch keine mechanisch angekoppelten Detektoren oder Messfühler für die Erfassung der Stellung der Läuferwelle benötigt werden.

Gemäß einer Form der Erfindung, welche Messfühler zur Erfassung der räumlichen Lage besitzt, wird eine möglichst geringe Anzahl von Messfühlern verwendet, welche gleich der Anzahl der Binärziffern ist, durch welche die um Eins verminderte Anzahl der Schaltstellungen für den Motor beschrieben werden kann. Wenn beispielsweise die Motorwicklung viermal pro Umdrehung von 360 elektrischen Graden geschaltet werden soll, dann wird die Zahl der Binärziffern gewählt, welche benötigt wird um die Dezimalzahl 3 auszudrücken. Bekanntlich wird die Zahl 3 durch 2 Binärziffern beschrieben (d.h. 11). Daher würden dann nur 2 Messfühler benötigt. Da die Anzahl der Messfühler in Beziehung steht zu den

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Schaltstellungen pro Umdrehung von 360 elektrischen Graden, können 2 Messfühler verwendet werden für Motoren mit 2 Polen, A Polen, 6 Polen usw.

Wenn sechs S cha 11 st e I I ung en pro Urndrehung von 360 elektrischen Graden des Motors vorhanden sein sollen, dann ist die Zn hl 6 -1 oder 5 in Binärziffern auszudrücken. Da die Zahl 5 in der binären Schreibweise als die Zahl 101 geschrieben wird, werden daher 3 Binärziffern benötigt und es werden daher mindestens 3 Messfühler benutzt. An dieser Stelle ist noch ?u beachten, daß durch 3 Binärziffern in binärer Schreibweise höchstenfalls die Zahl 111 ausgedrückt werden kann (dies entspricht in der Dezimalschreibweise der Zahl 7). Datier können 3 Messfühler benutzt werden, wenn bis 8 Schaltstellungen pro Drehung von 360 elektrischen Graden des Motors erwünscht sind.

In einigen hier abgebildeten Ausführungsfnrmon <\ jr Erfindung wer* den optische Messfühler in Verbindung mit einer oder mehreren auf dem Laufer befestigten Blenden verwendet. Unabhängig von der Verwendung optischer Messfühler oder anderer üauformen von Messfühlern werden diese relativ zum Anker vor eingestellt (für einen gegebenen Läufer), so daß der Ums cha 11punkt auf eine solche Weise vorverlegt wird (das heißt, die Kommutierung der Wicklungen wird vorverlegt), daß eine Wicklung zugeschaltet oder mit Strom versorgt wird, bevor der Läufer seine Stellung erreicht,we I ehe ein maximales Drehmoment pro Einheit der Stromstärke erzeugt, um auf diese Weise das Aufbauen des Stroms in der zugeschalteten Wicklung ru fördern. Hierdurch können sich größere Drehmomente, bessere Wirkungsgrade und höhere Drehzahlen ergeben. Die bevorzugte GröPe der optimalen Voreilung ist für eine gegebene Konstruktion des Motors und für einen gegebenen Anwendungsfall hauptsächlich abhängig von der gewünschten Ncnnbetriebsdr ehzah I des Motors, wie dies noch nachstehend im einzelnen erörtert wird.

In einer hier abgebildeten ausgeführten Form eines Motors wurden

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Messfühler mit Lichtkopp lung verwendet und wurden an einem mit Schlitzen ausgestatteten Haltebügel befestigt, so daß eine einstellbare Befestigung an einem Ständer möglich war. Auf diese Weise konnte eine einstellbare Voreilung der Kommutierung erreicht werden um entweder einen maximalen Wirkungsgrad oder maximale Drehzahl zu erhalten. Wenn die Messfühler dauerhaft an dem Ständer angebracht werden sollen, dann wird für eine gegebene Motorkonstruktion eine feste voreingestellte Größe der Voreilung der Kommutierung vorgesehen. Selbstverständlich wird es bei einer festen oder auch einer einstellbaren Voreilung bevorzugt einen Arm auf einen Bügel mit einer solchen Form vorzuziehen, daß er über die Entwicklungen des Ständers ragt und die optischen Lichtmessfühler innerhalb dieser Endwindungen hält, wodurch man kleinste Gesamtabmessungen des Motors erreicht.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung werden Schutzscha I tungen benutzt, um eine niedrige Drehzahl, eine niedrige Spannung oder einen Zustand mit hoher Spannung festzustellen und dann den Betrieb des Motors zu unterbrechen. Eine Schutzschaltung für niedrige Drehzahl spricht auf die Ausgangssignale einer Schaltung zur Feststellung der Lage an unter Erzeugung eines Signals für die Motordrehzahl und vergleicht dieses Drehzah I signa I mit einem vorbestimmten Signal entsprechend einer zulässigen Mindestdrehzahl und erzeugt ein Ausgangssignal zur Unterbrechung des Motorbetriebs über eine vorbestimmte Zeitdauer, wenn die Motordrehzahl kleiner ist als die zulässige Mindestdrehzahl. Um zu gewährleisten, daß dem Motor eine Spannung innerhalb eines zulässigen Bereichs zugeführt wird, sind SchutzschaItungen für niedrige Spannung und hohe Spannung vorgesehen zum Vergleich der dem Motor von einer Spannungsquelle zugeführten Spannung mitvorgegebenen zulässigen Mindestspannungen und maximale Spannungen, und diese Schaltungen erzeugen Signale zur Unterbrechung des Motorbetriebs, wenn die Versorgungsspannung zum Motor kleiner ist als die zulässige Mindestspannung oder größer ist als die zulässige maximale Spannung.

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Ein besseres Verständnis dieser und weiterer Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung . im Zusammenhang mit den Abbildungen, in denen in den einzelnen Abbildungen für gleiche Teile gleiche Bezugsziffern verwendet werden.

Die Figur 1 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der Hauptbestandteile eines bürstenlosen Gleichstrommotors als Ausführungsform der Erfindung.

Die Figur 2 zeigt eine schematische Vorderansicht der Teile des Motors und zeigt die Stellung der Läufermagneten relativ zu den Ankerwicklungen im Augenblick des Einschaltens einer der Wicklungen bei einer Einstellung der Voreilung auf einen Wert von 0 elektrischen Graden.

Die Figur A zeigt eine T ei I seitenansicht teilweise im Schnitt und zeigt deutlicher die Anordnung des Haltebügels im Motor der Figur 1 .

Die Figuren 5A und 5B zeigen den Aufbau bzw. die äquivalente elektrische Schaltung für ein lichtempfindliches Element, welches als MessfühI ere lement zur Erfassung der Stellung der Welle in der Anordnung nach Figur 1 verwendet wird.

Die Figur 6 zeigt ein Schaltbild für eine Festkörper-KommutierungsschaItung, welche Merkmale der Erfindung enthält und zum Umschalten (Kommutierung) der Wicklungen des Motors nach Figur 1 eingerichtet ist, wenn diese Wicklungen in einer Einweg-Brückenschaltung angeschlossen sind.

Die Figur 7 ist eine Scha 11zeichnung der Signa Iverarbeitungsschaltung, welche in Figur 6 in Blockform dargestellt ist, zur Erzeugung von Stellungssteuersignalen, welche die Drehstellung des Läufers nach Figur 1 anzeigen.

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Die Figur 8 zeigt die Beziehung zwischen der Winkelstellung des Läufers und dem Ausgangssignal von zwei lichtempfindlichen Elementen,A und B,und den durch Drehung des Läufers erzeugten Schalt impuI sen.

Die Figuren 9 und 10 sind Scha 11?eichnungen einer Festkörper-Kommutierungsschaltung, welche Merkmale der Erfindung enthält und eingerichtet ist zum Umschalten der Wicklungen des Motors nach Figur 1, wenn diese Wicklungen in einer Zweiweg-Brückenschaltung angeschlossen sind.

Die Figuren 11A-C sind Kurvendarstellungen und zeigen das Verhältnis Drehmoment/Stromstärke in Ampere in Abhängigkeit von der Stellung des Läufers, der Bogenlänge des Magneten und der Verteilung der Windungen für Bogenlängen des Magneten von 180 elektrischen Graden, 160 elektrischen Graden bzw. 135 elektrischen Graden und zeigen schematisch die verschiedenen Bogenlängen für den Läufermagnet.

Die Figuren 12 bis 15 sind Kurven für das Verhältnis Drehmoment/Stromstärke in Ampere in Abhängigkeit von der Stellung des Läufers (dargestellt in elektrischen Graden) für eine verschiedene relative Konzentration der Wicklungen des stationären Ankers (Ständer).

Die Figur 16 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Erzeugung der Signale A und B und der hierzu komplementären Signale, welche ei ner Scha I tung zugeführt werden, die in Figur 6 abgebildet ist. Dabei besteht keine Notwendigkeit für besondere mechanische Einrichtungen zur Erfassung der Winkelstellung des Läufers des Motors.

Die Figur 17 zeigt die 4 in der Schaltung nach Figur 16 erzeugten Ausgangssignale und ihre Kombination in der Logikscha Itung nach Figur 6.

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Die Figur 18 zeigt ein Schaltbild für eine Motorsteuerung analog der in Figur 16 abgebildeten Schaltung, welche jedoch selektiv ein Steuersignal verwendet, das proportional zur Motorlast ist.

Die Figur 19 ist ein Schaltbild zur Erfassung der Stromstärke in der Ständerwicklung und zur Unterbrechung dieses Stroms während eines kurzen vorbestimmten Zeitintervalls, wenn die erfaßte Stromstärke einen vorgeschriebenen Wert überschreitet.

Die Figur 20 ist ein Blockschaltbild einer Klimaanlage für ein Fahrzeug, welche hermetisch abgeschlossen ist und eine Ausführungsform der Erfindung verwendet.

Die Figur 21 ist ein Schaltbild der Festkörper-Kommutator schaI-tung nach Figur 20.

Die Figur 22 zeigt ein Schaltbild des Drehzahlmessfühlers nach Figur 20.

Die Figur 23 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren hermetisch abgeschlossenen Klimaanlage und veranschaulicht die Verwendung der Erfindung in einer Ausführungsform.

Die Figur 24 zeigt schematisch einen Teil einer Schaltung, welche zwischen den Ausgang der NOR-Gatter 80 und die Basis der Transistoren 82 in Figur 6 eingefügt werden kann und die praktische Ausführung des Kühlsystems nach Figur 23 gestattet.

Die Figuren 25a und 25b bilden zusammen ein ausführliches Schaltbild einer abgewandelten Schaltung zur indirekten Erfassung und Steuerung der Stellung des Läufers.

Die Figur 26 zeigt verschiedene Wellenformen für die Schaltung nach Figur 25.

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Die Figur 27 ist ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung für die genaue Einstellung des Läufers.

Die Figuren 28, 29 und 30 sind schematische Vorderansichten von stationären Ankern gemäß der Erfindung und zeigen ausgewählte Wicklungsanordnungen für einen Dreistufen-Zweipol-Motor, einen dreistufigen Vierpolmotor und einen dreistufigen Achtpolmotor.

Die Figur 31 ist eine schematische Vorderansicht eines stationären Ankers gemäß der Erfindung und zeigt eine beispielhafte Wicklungsanordnung für einen Vi er stufen-ZweipoImotor.

Die Figur 34 ist eine schematisehe Endansicht eines stationären Ankers gemäß der Erfindung und zeigt eine Anordnung der Uicklun-

gen für einen Zweistufen-ZweipoImotor, in dem einzelne Ankernuten mehreren Wicklungen gemeinsam sind.

Die Figur 35 ist eine schematische Endansicht eines stationären Ankers gemäß der Erfindung und zeigt eine Wicklungsanordnung für einen Zwei stufen-ZweipoImotor, bei dem der Anker leere Nuten besitzt.

Die Figur 36 ist eine schematische Endansicht eines stationären Ankers gemäß der Erfindung und zeigt eine Wicklungsanordnung für einen Zwei stufen-ZweipoImotor, in dem die Wicklungen unsymmetrisch in den Nuten des stationären Ankers angeordnet sind..

Die Figur 32 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines stationären Ankers gemäß der Erfindung und zeigt eine ausgewählte monofilare Wicklung für eine Stufe eines Motors.

Die Figur 33 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines stationären Ankers gemäß der Erfindung und zeigt eine ausgewählte bifilare Wicklungsanordnung für eine Stufe eines Motors.

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Die Figuren 37a und 37b bilden zusammen ein ausführliches Schaltbild einer Kommutierungsscha 11ung, welche Merkmale der vorliegenden Erfindung enthält und zur Steuerung der Kommutierung eines bürstenlosen Dreistufen-Gleichstrommotors eingerichtet ist.

Die Figur 38 zeigt verschiedene Ueil en formen der Schaltung nach den Figuren 37a und 37b, welche zur Steuerung der Kommutierung eines bürstenlosen Dreistufen-Gleichstrommotors verwendet werden.

Die Figur 39 zeigt verschiedene W eileη formen der Schaltung nach den Figuren 25a und 25b, wenn diese Schaltung abgewandelt ist zur Steuerung der Kommutierung eines bürstenlosen Vierstufen-G Lei chstronimotors.

Die Figur 40 zeigt eine vereinfachte E ηdan sieht eines Läufers mit Dauermagnet und eines Systems, mil dem durch einen Prüfimpuls die Stellung dieses Läufers ermittelt werden kann.

Die Figur 4 1 zeigt ein Schaltbild einer Schaltung, welche auf verschiedene Wellenformen anspricht, als Ausführungsform der Erfindung. Diese Schaltung kann anstelle der Stellungsmessfühler verwendet werden zur Zuführung der Signale A und B zu der Scha I-t ung nach Figur 6.

Die Figur 42 zeigt mehrere Spann u η ij swell en formen für die Schaltung nach Figur 41 und zeigt eine richtige (bevorzugte) und eine falsche (nicht bevorzugte) zeitliche La<je der Kommutierung.

Die Figur 43 zeigt Stromweltenformen in der Spule nach Figur 41 für eine frühzeitige, bevorzugte und verspätete Kommutierung.

Die Figur 44 zeigt eine idealisierte Darstellung einer einzigen Ankerspule und ihrer Beziehung zum Flußfeld in dem Läufer.

Die Figur 45 zeigt in schemat i scher form eine messfühlerlose

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KommutιerungsschaItung für vier Stufen.

Die Figur 46 zeigt als Blockschaltbild eine messfühlerlose Dreistufen-Kommutierungsschaltung.

Die Figur 4 7 zeigt als Blockschaltbild eine verbesserte und wirksamere messfühI er lose Dreistufen-Kommutierungsscha I tung .

Die Figur 1 zeigt die Bestandteile eines bürstenlosen Gleichstrommotors eines Typs, welcher Merkmale der Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform enthalten kann. Der Motor ist mit zwei Wicklungsstufen, zwei Polen und einem Läufer 10 mit Dauermagnet auf einer Welle 11 ausgestattet, der in einem nicht gezeigten Gehäuse durch gewöhnliche nicht gezeigte Lager drehbar gelagert ist. Der Läufer 10 wird über seinen Durchmesser in an sich bekannter Weise magnetisiert. In der abgebildeten Ausführungsform enthält der Läufer 10 einen kompakten Kern 12 aus Magneteisen und ein Paar von kreisbogenförmigen Magneten 13 und 14, welche am Umfang des Kerns diametral gegenüberstehend angeordnet sind. Die Magneten 13 und 14 sind hier keramische Magneten (Sintermagneten). Sie können jedoch aus KobaIt-Samarium, Almico oder irgendeinem anderen erhältlichen Typ von Magnetmaterial bestehen. Die Hauptauswahlkriterien sind dabei die Kosten und die räumlichen Abmessungen des Motors. Die Bogenlänge jedes Keramikmagneten liegt dabei vorzugsweise zwischen 135 elektrischen Graden und 160 elektrischen Graden; sie könnte jedoch auch bis 180 elektrischen Graden und bis herunter zu etwa 90 elektrischen Graden betragen. Bogenlängen von weniger als 120 elektrische Grade ergeben dabei allgemein einen schlechten Wirkungsgrad mit der in Figur 2 im einzelnen dargestellten Wicklungsanordnung und werden daher bei einer solchen Anordnung nicht bevorzugt.

Bei Motoren mit mehreren Stufen und/oder anderer Zahl und Anordnungen der Pole werden allgemein die gleichen vorstehend angeführten optimalen Bogenlängen der Magneten verwendet, obwohl sich

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dabei die Anzahl der Dauermagnete und die räumliche Bogenlänge der einzelnen Magneten gemäß der Anzahl der elektrischen Pole (oder Polpaare) ändern wird, welche durch die Wicklungen erzeugt werden. Beispielsweise wird ein Dreistufen-Vierpo Imotor mit 4 Dauermagneten ausgestattet, die jeweils eine Bogenlänge vorzugsweise zwischen 135 elektrischen Graden und 160 elektrischen Graden besitzen, wie dies vorstehend ausgeführt ist, das heißt zwischen 67,5 und 80 Grad im Winkelmaß. In ähnlicher Weise besitzt ein Vi er stufen-Sechspo Imotor 6 Dauermagneten mit einer Bogenlänge vorzugsweise zwischen 135 elektrischen Graden und 160 elektrischen Graden, das heißt zwischen 45 und 53 1/3 mechanischen Graden. Die Bogenlänge des Magneten ändert sich auch gemäß der Konzentration der Wicklungen in dem stationären Anker.

Wenn die Bogenlängen in der Größenordnung von 90 elektrischen Graden liegen, dann werden die Wicklungen relativ stärker konzentriert. Beispielsweise werden in einem stationären Anker mit 24 Nuten für einen Betrieb mit 2 Stufen und 2 Polen die äußeren Spulen jeder Spulengruppe vorzugsweise etwa 10 Nuten überbrücken. Weiterhin wird jede Spulengruppe (2 halbe Sätze) vorzugsweise 3 Spulen in jedem halben Spulensatz enthalten, welche 9 bzw. 7 bzw. 5 Zähne überbrücken. Diese Art des Aufbaus ergibt eine optimale Leistungsfähigkeit eines solchen Motors.

Andererseits werden für einige Anwendungsfälle sehr stark konzentrierte Wicklungen vorgesehen,die jeweils nur ein Nutenpaar einnehmen,und in diesem Fall nähert sich die Breite der Wicklung 0 elektrischen Graden und ist mechanisch nur gleich der Breite einer Nut, wobei die Wicklung trotzdem eine Spannweite von 180 elektrischen Graden besitzt.

Der stationäre Anker (Ständer) 15 enthält ein Magnetteil 16 mit relativ niedrigem magnetischen Widerstand und ist aus einer Anzahl Anker lame I I en oder Ankerblechen 17 gebildet, welche gegenüberstehend zueinander zusammengebaut sind. Die ' Ankerbleche

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können durch eine Anzahl von durch den Anker hindurchgeführte Schrauben 18 zusammengehalten werden, von denen nur 2 bruchstückhaft abgebildet sind,und diese Schrauben sind dann durch koaxial angeordnete Schrauben löcher 19 in den St ander lame I I en hindurchgeführt. Alternativ hierzu können die Kernbleche verschweißt sein oder durch Nuten und eingesetzte Federn oder durch ein Klebemittel miteinander verbunden werden bzw. lediglich durch die Wicklungen zusammengehalten werden.

Jedes Ankerblech enthält eine Anzahl von Zähnen 20 entlang seiner Innenbohrung, so daß die zusammengefügte Ankerbleche eine Anzahl von axial verlaufenden Nuten 21 bilden, in denen die Ankerwicklungen 22 untergebracht sind.

Die Wicklungen 22 können mit Hilfe von konventionellen Wickelmaschinen für Induktionsmotoren gewickelt werden. Daher können die Windungen der Wicklung unmittelbar auf Vorrichtungen zum Einsetzen der Spulen gewickelt werden, um dann in die Kernnuten eingesetzt zu werden. Alternativ hierzu können die Wicklungen auf einer Aufnahmevorrichtung für die Spule gewickelt werden, dann auf eine Einsetzvorrichtung überführt werden und anschliessend axial in die Kernnuten eingeführt werden, beispielsweise mit Anlagen des Typs, wie sie in den U.S.-Pat ent sehriften 3522650, 3324536, 3797105 oder 3732897 dargestellt und beschrieben werden. Auf die Offenbarung dieser Patentschriften wird ausdrücklich Bezug genommen.

Vorzugsweise besitzt in einem Zweistufen-ZweipoImotor jede Wicklung eine Breite von etwa 90 elektrischen Graden über den Ankernuten, so daß bei Stromzufuhr zu den Spulen untereinander senkrechte Magnetfelder erzeugt werden unter der Annahme, daß keine Nut für mehrere Wicklungen gemeinsam ist und daß alle Nuten des stationären Ankers benutzt werden. Die Endwindungen oder Kopfstücke der Wicklung erstrecken sich über die Endflächen oder Stirnflächen des Kerns hinaus und die Wicklungsenden oder

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Zuleitungen der Wicklung werden herausgeführt und einzeln an die Steuerschaltung und die zugeordnete Umscha 11einrichtung ange~ sch lossen.

Die Figur 2 zeigt eine beispielhafte Anordnung der Wicklung für einen Motor mit 1/20 PS, 3000 U/minute als Gleichstrommotor mit elektronischer Kommutierung als Ausführungsfοrm der Erfindung. Die gewählte Form der Ankerbleche enthält 24 Nuten und weiterhin besitzt jede Wicklung 54 bifilare Windungen. Bei den gegenüberstehend angeordneten Paaren von bifilar gewickelten Wicklungen sind 4 Wicklungen a, b, c und d vorgesehen. Die Wicklungen a und c sind bifilar gewickelt und befinden sich in den sechs obersten und sechs untersten Nuten 21 gemäß der Ansicht in der Abbildung. Sie sind innerhalb der gestrichelten Linien enthalten. Die Wicklungen b und d sind ebenfalls bifiLar gewickelt und befinden sich in den sechs linken und den sechs rechten Nuten gemäß der Ansicht in Figur 2. Der Anker 17 ist gewickelt mit einer Windungsverteilung der Wicklung von 10 Windungen, 10 Windungen, 7 Windungen gerechnet von der äußersten zur innersten Spule für jede der in Figur 2 gezeigten Spulengruppen. Jede Wicklung enthält gemäß der Darstellung zwei Spulensätze. Die bestimmte Anzahl von Windungen in einer Nut für jede Wicklung und die resultierende Gesamtverteilung könnte dabei gemäß den erwünschten zu erreichenden Kenngrößen des Motors abgewandelt werden. Beispielsweise könnte eine maximale Anzahl von Windungen in die äußersten Spulen jeder Spulengruppe gelegt werden und andererseits zur Konzentration der Wicklung eine minimale Anzahl von Windungen in der innersten Spule vorgesehen werden. Wenn die Wicklung auf diese Weise konzentriert ist, dann ergibt sich ein höheres mittleres Drehmoment (unter der Annahme, daß der Ankerkern, der Aufbau des Läufers, der Wicklungswiderstand und die Gesamtzahl der Windungen gleich bleiben ). Dann ist jedoch der Um scha 11punkt kritischer und es ist möglich, daß die Größe der Voreilung verändert werden muß. Weiterhin treten dann allgemein stärkere Abfälle im Drehmoment auf (während des Lsufs und des Stillstands). Sie besitzen jedoch

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•f * eine kürzere Dauer.

Wie in Figur 2 gezeigt, sind die Windungen jeder Wicklung konzentrisch in einem gegebenen Paar von Nuten angeordnet und in jeder Nut befindet sich dann die gewünschte Anzahl von Windungen. Die Wicklung setzt sich selbstverständlich in dem nächsten Paar von Nuten fort und die gewünschte Anzahl von Nuten oder Zähnen werden überbrückt. In der dargestellten Ausführungsform wird dabei eine Anzahl von 11 Zähnen überbrückt und ergibt eine Breite der Wicklung von beispielsweise 90 elektrischen Graden für jede Wicklung. Dies ermöglicht die Erzeugung von untereinander senkrechten Magnetfeldern in Sequenz durch die Wicklungen, wenn diese insequenz zugeschaltet oder mit Strom versorgt werden. Durch Verwendung von bifilaren Drähten werden 2 Wicklungen gleichzeitig gewickelt und ein Ende jedes Drahtes kann dann zweckmäßigerweise geerdet werden um eine elektrische Schaltung für die Wicklung in Form einer Einwegbrücke (oder Sternschaltung) zu erhalten. Auch hier ist zu bemerken, daß die Anordnung leicht eingerichtet werden kann für das Wickeln und das Einsetzen der Wicklung mit Hilfe von konventionellen Wickelmaschinen, wie sie zum Wickeln von Wechselstrommotoren verwendet werden.

Es ist zu beachten, daß in Figur 2 die Wicklung b anders abgebildet ist als die Wicklungen a, c unj d. Die Wicklung b wurde gezeigt um die Richtung des Stromflusses in der Wicklung während mindestens einer Kommutierungsperiode zu zeigen, und es wurden Pfeile verwendet zur Darstellung iler Richtung des Stromflusses in den En windungstei I en der Wicklung b. Andererseits wurden Punkte und Kreuze (in Kreisen eingeschlossen) verwendet zur Anzeige der Richtung des Stromflusses in den entsprechenden Windungen der Wicklung b, welche innerhalb der Nuten des Magnetkerns liegen. Bei der in Figur 2 verwendeten Bezeichnungsweise bedeutet ein Punkt, daß der Strom nach oben aus der Zeichenebene herausfIiesst und die Kreuze bedeuten, daß der Strom nach unten relativ ζίγ Zeichenebene fliesst. Mit den durch die Punkte und

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Kreuze in Figur 2 angegebenen Richtungen des Stromflusses wird die Wicklung b Nord- und Südpole erzeugen, welche eine Orientierung gemäß den Buchstaben N_b und Sj₃ in Figur 2 besitzen.

Der stationäre Anker besitzt eine axiale Bohrung 23,welche den Läufer 10 aufnimmt. Die kreisbogenförmigen Magnete 13 und 14 werden auf den äußeren Oberflächen des Kerns 12 mit geringem magnetischen Widerstand angebracht (beispielsweise durch ein Klebemittel wie Epoxydharz) (der Kern kann dabei aus Blechen oder Lamellen aufgebaut sein, dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich) und auf diese Weise werden Bereiche mit konstanter magnetischer Polarität mit einer Nord-Südbohrung erzeugt, wie dies in Figur 3 angedeutet ist. Die Magnetisierung verläuft dabei in der radialen Richtung und die radiale Dicke ist dabei so gewählt, daß sie die gewünschte magnetomotorische Kraft (für ein gegebenes Magnetmaterial) erzeugt oder daß gewährleistet wird, daß keine irreversible Entmagnetisierung durch die Felder erfolgt, welche durch den Strom in den Ankerwicklungen während eines abgedrosselten Motors erzeugt werden.

Man wird verstehen, daß die Magnete 13 und 14 vorstehend als durch Kleber an der äußeren UmfangsfIäche des Kerns 12 befestigt beschrieben wurden, es jedoch lediglich wichtig ist, daß durch den Läufer Felder mit entgegengesetzter Polarität erzeugt werden. Daher können bei der Herstellung von Läufern für Motoren als Ausführungsform der Erfindung Stabmagnete (oder Magnete mit irgendeiner anderen gewünschten Form) verwendet werden. Die Magnete (bei Verwendung von Dauermagneten) können dabei in einer Käfigstruktür aus magnetischem Eisen angebracht werden oder in irgendeiner anderen Weise hergestellt werden. In der Tat kann auch ein Läufer mit Erregung verwendet werden, bei dem die Nordpole und Südpole durch stromführende Leiter erzeugt werden. In dem letzteren Falle müssen selbstverständlich Schleifringe oder andere geeignete Einrichtungen verwendet werden zur Verbindung der Lauferwicklungen mit einer Quelle für den Erregerstrom.

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Die axiale Länge der Magneten ist abhängig vom gewünschten Gesamtfluß. Die Kurven für das momentane Drehmoment und das resultierende abgegebene Drehmoment sind dabei abhängig von der Wicklungsverteilung in den Nuten des stationären Ankers und von dem magnetischen Bogen oder der Bogenlänge beta des Magneten, welche wie bereits erwähnt zwischen den Grenzwerten von 135 elektrischen Graden und 160 elektrischen Graden liegen sollte zur Erzielung eines größtmöglichen Wirkungsgrades, wenn einzelne Nuten nur . eine Wicklung enthalten und alle Nuten ausgenutzt werden.

Figur 1 zeigt daß benachbart zum einen Ende des Läufers eine Meßfühleranordnung 40 zur Feststellung der Stellung der Welle angeordnet ist, welche eine Blende 41 und einen Bügel 42 zur Halterung eines Paars von optischen LichtunterbrechungsmoduIs enthält, das heißt optische Messfühler 43 und 44 mit Lichtkopplung. Die Blende 41 kann dabei aus irgendeinem optisch undurchsichtigen (bei der betreffenden Wellenlänge) Material oder aus einem beschichteten Material bestehen, beispielsweise aus Aluminium (Messung, Stahl usw.). Sie enthält ein ebenes scheibenförmiges Element 45 mit einem Blenden- oder Verschlußflansch 46, welcher sich entlang des Umfangs des Scheibenelementes über eine Bogenlänge von etwa 180 elektrischen Graden erstreckt. Das Scheibenelement enthalt eine mittlere öffnung 47, welche einen geringfügig größeren Durchmesser als die Läuferwelle 11 besitzt, so daß es bequem über die Läuferwelle geschoben werden und anliegend an der Endfläche des kompakten Eisenkerns 12 befestigt werden kann. Hierzu sind ein Paar von öffnungen 48 zur Aufnahme von Schrauben vorgesehen (diese sind nicht gezeigt) welche dann in Gewindeöffnungen 50 im Kern 12 eingeschraubt werden. Selbstverständlich können auch andere Anordnungen zur Befestigung des Blendenteils oder Verschlußteils am Läufer benutzt werden, wenn nur der Flansch 46 vom Läufer nach außen ragt und mit den Messfühlern 43 und 44 zusammenwirken kann, um eine Erzeugung von Bezugssignalen für die Läuferstellung zu bewirken entsprechend der Stellung des Läufers relativ zum Ständer.

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Die Figuren 1 und 4 zeigen, daß der Bügel 42 ein erstes bogenförmiges Segment 51 mit einem Längsschlitz 52 entlang seiner Länge enthält. Der Schlitz 52 gestattet die einstellbare Befestigung des Bügels 42 an dem Blechpaket 17 des Ständers oder stationären Ankers mit Hilfe von durch den Anker geführten Schrauben. Ein zweites kreisbogenförmiges Segment 53 wird radial innerhalb des ersten Segmentes gehalten mit Hilfe eines U-förmigen Verbindungsbügels oder Armteils 54. Wie deutlich aus der Figur 4 ersichtlich ist dabei der Bügel 54 so geformt, daß er über die Endwindungen paßt und die Messfühler 43 und 44 mit einer räumlichen Orientierung von 90 Grad für den Zwei stufenmotor innerhalb der Endwindungen der Ankerwicklungen trägt, wobei diese Messfühler mit dem nach außen ragenden Verschlußflansch 46 zusammenwirken können. Es ist zu beachten, daß die Messfühler oder Sensoren 43, 44 innerhalb des äußersten axialen Abstandes der Wick lung sendwindungen und auch noch innerhalb ihrer radialen Abmessung gehalten werden, so daß auf diese Weise die axiale Länge des Motors auf ein Minimum gebracht ist, wobei die Abmessung des Bügels nur sehr wenig zur axialen Gesamtlänge beiträgt.

Die Figuren 5A und 5B zeigen einen typischen mechanischen und elektrischen Aufbau eines optischen Messfühlers. Solche Messfühler sind konventionell und handeismäßig erhältlich und können beispielsweise aus optischen Kopplungsbauelementen des Typs H13A2 der General Electric bestehen. In der dargestellten Form enthält das Kopplungsbauelement eine Lichtquelle 55, welche eine Leuchtdiode sein kann, und einen Lichtmessfühler oder Lichtempfänger 56, welcher ein lichtempfindlicher Fototransistor sein kann, welcher dann durch Lichtkopplung mit der Leuchtdiode gekoppelt ist. Die Diode 55 und der Fototransistor 56 sind in getrennten Blöcken 57 bzw. 58 gebildet, welche durch einen Kanal voneinander getrennt und an einem Tragsockel 60 befestigt sind. Der Sockel 60 für jeden Messfühler wird dann an entgegengesetzten Enden des Tragsegmentes 53 so befestigt, daß die Messfühler mit einer Bogenlänge untereinander beabstandet sind_r welche 90

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elektrischen Graden entspricht. In dem Segment 53 sind geeignete öffnungen vorgesehen, durch welche die Anschluß Ieitungen 61 der Messfühler frei hindurchgeführt werden können.

Die Kommutierung der Wicklungen des stationären Ankers wird erreicht mit einer Festkörper-Steuer scha Itung 70, welche NOR-Gatter und Transistorschalter und Steuerstufen enthält, welche durch Signale von den Messfühlern für die We 11 en ste I I ung betätigt werden. Zur Ausführung der Kommutierung werden Brückenschal tungsanordnungen verwendet. Der Ausdruck Brückenschaltung wird dabei nachstehend verwendet zur Bezeichnung entweder einer Einweg-Brückenschaltung (Stromfluss in einer Richtung) oder einer Zweiweg-Brücken scha 11ung (Stromfluss in zwei Richtungen). Die Schaltung kann dabei eine Schaltung des Typs gemäß der Darstellung in den Figuren 6 und 7 sein, wenn eine Einwegbrücke verwendet wird, oder eine Schaltung des Typs nach der Darstellung in den Figuren 9 und 10, wenn eine Zwei wegbrücke verwendet wird.

In jedem Falle wird die Umschaltung des Stroms in den Ankerwicklungen vorgewählt eingestellt durch die relative Lageeinstellung der Messfühler, so daß die Kommutierung der Wicklung des stationären Ankers eine Voreilung gemäß der nachstehenden Erläuterung besitzt. Es folgt nunmehr eine kurze Zusammenfassung der Arbeitsweise der Schaltung. Aus den verschiedenen Scha 11zeichnungen ist ersichtlich, daß die Steuerschaltung die Ausgangssignale von der lichtempfindlichen Messfühleranordnung 40 für die Erfassung der Stellung der Welle empfängt und daraus UmschaItsignaIe für die Kommutierung der Wicklungen des stationären Ankers (Ständer) gewinnt. Zu diesem Zwecke werden an den Ausgängen der Messfühler 43 und 44 zwei Stellungssignale erzeugt, welche die Stellung des Läufers 1u bezüglich der festen Lage der Wicklungen des stationären Ankers anzeigen. Die zwei Stellungssignale werden einer ersten Signa I verarbeitungs- oder Signa I formungsscha I tung 70' gemäß Figur 6 zugeführt, welche 4 Steuersignale erzeugt, die folgenden Stellungen des Läufers entsprechen:

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1) Die Stellung bei welcher der Versch lußf lan sch 46 gerade durch den Kanal 59 des Messfühlers 43 läuft und dadurch dessen Fotoempfänger abdeckt, 2)der Verschlußflansch 46 läuft gerade durch den Kanal 59 an beiden Messfühlern 43 und 44 und deckt dadurch beide Lichtempfänger ab, 3) der Versch Iußflansch 46 läuft gerade durch den Kanal 59 des Messfühlers 44 und verdeckt den Lichtempfänger des Messfühlers 44, hat jedoch den Lichtempfänger des Messfühlers 43 freigegeben und 4) der Verschlußflansch 46 verdeckt keinen Lichtempfänger der beiden Messfühler. Auf diese Weise besteht die Arbeitsweise des Verschlusses in einer Abdeckung oder Unterbrechung des Lichtes von der Lichtquelle jedes optischen Kopplungsbauelementes während einerHä I fte jeder Umdrehung des Läufers und gestattet den Durchgang des Lichtes von jeder Lichtquelle zu dem zugeordneten Lichtempfänger während der anderen Hälfte der Umdrehung des Läufers. Durch Halterung der Messfühler 43, 44 mit einem Wickelabstand von 90 Grad ergibt jedoch die Kombination der Zustände EIN-AUS für die Messfühler 4 Stellungssteuersignale. Weiterhin ergibt der einstellbare Bügel ein bequemes Mittel zur selektiven Voreinstellung der Voreilung für die Kommutierung der Wicklung und unterstützt dadurch das Aufbauen der Stromstärke in der kommutierten Wicklung und die Erzielung eines gewünschten Verhältnisses von Drehzahl und Drehmoment bei einem besseren Wirkungsgrad.

Es wird nunmehr auf die Figur 7 Bezug genommen. Das Ausgangssignal jedes Kopplungsbauelementes oder Messfühlers 43, 44 besitzt einen hohen Wert, wenn die von der Leuchtdiode (LED) 55 ausgehende Lichtenergie daran gehindert wird, den zugeordneten Fototransistor 56 anzuregen, das heißt wenn der Verschlußflansch gerade zwischen der Leuchtdiode und dem Fototransistor hindurchgeht. Aus der Betrachtung der Figur 7 ist ersichtlich, daß ein erstes Stellungssignal stets dann auftritt, wenn der Messfühler 43 abgedeckt oder blockiert ist, und dieses Signal erscheint auf der Leitung 68. Ein zweites Stellungssignal tritt auf, wenn das Kopplungsbauelement 44 abgedeckt oder gesperrt ist, und dieses

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Signal erscheint auf der Leitung 69.

Wie bereits festgestellt besteht jedes Kopplungsbauelement aus einer Leuchtdiode 55 und einem Fototransistor 56. Der Kollektor jedes Fototransistors ist einzeln über einen zugeordneten Widerstand 71 oder 72 mit einer positiven Sammelleitung 73 verbunden. Die Dioden 55 sind in Reihe geschaltet und sind ihrerseits über den Vorspannungswiderstand 74 mit der positiven Sammelleitung 73 verbunden. Die Emitter der Fototransistoren und die in Reihe geschalteten Dioden werden zu einer Masseleitung oder Erdsammelleitung 75 zurückgeführt.

Die erste Signa I verarbeitungscha Itung 7o* enthält 4 NOR-Gatter, welche zur Erzeugung der 4 S te I lungssteuersignaIe A, A (nicht- -A), B und B (nicht -B) geschaltet, welche die Drehstellung des Läufers 10 (innerhalb eines Bereichs von 90 Grad) anzeigen und zur Steuerung der Stromschaltung in den Wicklungen des stationären Ankers verwendet werden. Zu diesem Zweck ist ein Eingang von jedem NOR-Gatter 76 und 77 mit den Leitungen 68 bzw. 69 verbunden und der andere Eingang jedes der NOR-Gatter 76 und 77 ist zur Erdleitung 75 zurückgeführt. Die Ausgangssignale der NOR-Gatter 76 und 77 bilden dabei die StellungssteuersignaIe TT und "B, welche der zweiten SignaIverarbeitungsscha Itung zugeführt werden. Die Steuersignale ¹A" bzw. B werden auch einem der Eingangsanschlüsse der NOR-Gatter 78 bzw. 79 zugeführt, deren Ausgangssignale die Signale A (logische Komplementärgröße, nicht -A) und "ff (logische Komplementärgröße, nicht -B) als Stellungssteuersignale bilden. Der andere Eingang jedes der NOR-Gatter 78 und 79 ist geerdet. Die Dauer und die Reihenfolge der Signale A, A, B, B sind im oberen Teil der Figur 8 schematisch dargestellt.

Die 4 Stellungssteuersignale A, TT, B und Γ werden der zweiten Signalverarbeitungsschaltung 80 zugeführt, welche Im einzelnen in Figur 6 dargestellt ist. Die Funktion dieser zweiten Signalverer-

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beitungsscha 11ung besteht in der Erzeugung von 4 Um scha Itsignalen zum Umschalten der zugeordneten Wicklungen 22a, 22b, 22c und 22d des stationären Ankers in Sequenz. Zu diesem Zweck ist jeder Wicklung ein getrennter Signalkanal zugeordnet, welcher sein eigenes NOR-Gatter 80, Transistor 81 und Leistungsstufe mit den Transistoren 82 und 83 enthält. Die Arbeitsweise der einzelnen Kanäle ist dabei identisch und zur Vermeidung einer Wiederholung wird daher die Beschreibung auf die Arbeitsweise eines einzigen Kanals beschränkt. Der Kanal für die "a " -Wicklung wird dabei als der "a "-Kanal bezeichnet und die zugeordneten Bauelemente in diesem Kanal besitzen jeweils eine Bezugsziffer gefolgt von dem Buchstaben "a ", um ihre Zuordnung zu diesem Kanal auszudrücken. Daher steuert der a~Kanal die Umschaltung der Wicklung "a"", derb-Kanal steuert die Umschaltung der Wicklung b usw.

Der Kanal a ist dabei in der zweiten SignaIverarbeitungsscha 11ung nach Figur 6 als unterster Kanal abgebildet. Die beiden Eingänge des NOR-Gatters 80a sind dabei angeschlossen zur Aufnahme der SignaleA und B von den NOR-Gattern 73 und 77. In ähnlicher Weise sind die anderen Kanäle jeweils angeschlossen zum Empfang von Ste I I ungssteuersignaI en aus der ersten Signa I verarbeitungsscha I-tung 70, so daß die 4 Kanäle zusammen 4 aufeinanderfolgende Umschaltimpule für jede Umdrehung des Läufers erzeugen, wie dies am besten aus der unteren Hälfte der Figur 8 ersichtlich ist. In diesem Teil der Figur 8 sind die Dauer und die Reihenfolge der Signale A ♦ B, H + b, ^ ♦ B und A + ~B schematisch dargestellt.

Die logische Operation wird dabei un beiden Eingangssignalen jedes Gatters ausgeführt. Die Gatter sind dabei so beschaltet, daß bei dem logischen Wert 1 am Ausgang eines NOR-Gatters die Ausgänge der anderen NOR-Gatter 0 sind. Das Gatter 80a besitzt beispielsweise das Ausgangssignal 1, wenn die Eingangssignale A und und B beide 0 sind. Dies geschieht bei einer Umdrehung des Verschlusses 41 nur einmal. In ähnlicher Weise ist für das Gatter 80b das Ausgangssignal 1, wenn die Eingangssignale X und §" Null

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sind. Dies tritt ebenfalls bei jedem Umlauf des Läufers nur einmal ein. Die Gatter 80c und 80d sind in ähnlicher Weise mit den Eingängen Ä, B bzw. A, B verbunden.

Die UmschaItsignaIe von jedem NOR-Gatter 80 werden verstärkt durch einen zugeordneten Transistor 81, dem das Umscha11signa I über einen Basiswiderstand 84 zugeführt wird. Das Ausgangssignal jedes Transistors 81 wird der Basisschaltung eines Leistungsschaltersatzes zugeführt, welcher die Transitoren 82 und 83 enthält, welche umgeschaltet werden zur Zuschaltung der Armaturwicklungen 22a bis 22d in einer vorgegebenen zeitlichen Relation. Der Transistor 81 enthält einen npn-Transistor, dessen Emitter über die Leitung 85 geerdet ist. Der Kollektor jedes Transistors

81 ist über einen Widerstand 86 mit der Basis des pnp-Transistörs

82 verbunden. Der Kollektor und Emitter jedes Transistors 82 ist mit der Basis bzw. mit dem Kollektor des zugehörigen Transistors

83 verbunden, so daß eine konventionelle abgewandelte

Dar I ington-Scha11ung gebildet wird- Bei größeren Motoren können größere Leistungstransistoren 83 oder die Parallelschaltung von zwei oder mehr Transistoren zweckmässig sein.

Jede stationäre Ankerwicklung ist über den Kollektor-Emitterverzweigungspunkt ihres zugeordneten Transistors 83 mit der positiven Sammelleitung 87 verbunden, über den Emitter-KoIlektoranschluß jedes Transistors 83 ist eine Schutzdiode 88 geschaltet und bildet einen St rom I eitungsweg von der zugeordneten Wicklung zur positiven Sammelleitung 87. Zu diesem Zweck ist die Anode jeder Diode mit der ungeerdeten Seite der zugeordneten Wicklung 22 und dem Emitter des Transistors 83 verbunden und dies gewährleistet eine Polarität der Diode, welche die Rückführung der von dem abklingenden Magnetfeld einer Wicklung beim Abschalten freigegebenen Energie gestattet. Der durch das abklingende oder zusammenbrechende Magnetfeld erzeugte Rückstrom wird an dem Transistor 83 vorbei durch die Leitung 90 geleitet und bewirkt ein Aufladen des Kondensators 91 , welcher über die positive

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Sammelleitung und Erde geschaltet ist. Die im Kondensator 91 gespeicherte Energie wird beim Einschalten der nächsten Wicklung
durch Entladen des Kondensators in das System zurückgegeben und
dies ergibt eine Vergrößerung des Gesamtwirkungsgrades des Motors. Diese Verbesserung des Wirkungsgrades kann bis zu 10 % bet ragen.

Die Schutzschaltung gebildet durch jede Diode 88 und den Kondensator 91 ist gleich wirksam für gleichgerichtete Wechselspannung und Akkumulatoren oder Batterien als Spannungsquelle. Es ist zu
beachten, daß bei einer Leitung mit gleichgerichteter Wechselspannung die dem Netzteil oder der Spannungsquelle zugeordneten
Dioden in einer solchen Richtung geschaltet werden, daß sie zwar einen Stromfluss durch den Motor jedoch nicht zurück in die Leitung gestatten. Daher dient dann der Kondensator 91 zur Speicherung der Energie von den geschalteten Wicklungen. Der Kondensator 91 könnte auch durch eine.Zener-Diode ersetzt werden, welche dann die gewonnene Energie absorbieren und als Wärme verbrauchen würde. Eine solche Anordnung könnte auch einen Schutz der
Transistoren 83a, b, c und d bewirken. Sie würde jedoch keine
Verbesserung des Wirkungsgrades ergeben, da die Energie anstelle einer Rückführung in das System verbraucht würde.

In die positive Sammelleitung 87 ist ein Widerstand 92 geschaltet und bildet zusammen mit Kondensatoren 93, 94 und einer
15-VoIt-Zener-Diode 95 (für eine angelegte mittlere Nennspannung von etwa 12 Volt) einen Schutzfilterkreis für die Bauelemente der Schaltung gegen die Möglichkeit eine Anhebung der Spannung auf
der Leitung 87 auf einen Wert, der ausreichend ist zur Zerstörung der Festkörper-Bauelemente. Diese Anhebung könnte beispielsweise ei nt ret en,wenn der Motor von einem Batterie lader betrieben wird, welcher Spitzenspannungen von mehr als 18 Volt liefern könnte.

Die Wicklungen 22a bis 22b des stationären Ankers der Figur 6
sind bifilar gewickelt und in einer Einweg-Brückenschaltung

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angeordnet, wobei ein Ende jeder Wicklung mit einer gemeinsamen Erde (Masse) verbunden ist. Dies ergibt eine wirksame Anordnung, bei welcher die Wicklungen einzeln eingeschaltet und ausgeschaltet werden können mit einem möglichst geringen Umfang der Elektronik und bei welcher die induktive Energie einer geschalteten Wicklung zurückgewonnen werden kann. Wenn daher beispielsweise die Wicklung 22a abgeschaltet wird, dann induziert das abklingende oder zusammenbrechende Magnetfeld eine Stromstärke in dem begleitenden Leiter der Wicklung 22c in Folge der bifilaren Anordnung der Wicklung und der entsprechenden Transformatorwirkung. Die Rückkopplungsdioden 88 über jedem der Scha Ittransistören ergeben einen Leitungsweg für die Ströme infolge der eingefangenen induktiven Energie und schützen den Transistor, wobei der Kondensator 91 die Rückgewinnung dieser Energie gestattet. Diese Anordnung ergibt eine relative Ausnutzung der Wicklungen in einer Nut von 50 X. Um eine volle Ausnutzung der Wicklungen und damit eine bessere Ausnutzung des verwendeten Wicklungsmaterials zu erhalten, kann eine Zweiweg-Brückenanordnung nach Figur 9 und 10 verwendet werden.

Gemäß der Anordnung nach den Figuren 9 und 10 sind die Wicklungen 122a und 122b des stationären Ankers in der gleichen Weise wie die Wicklungen des stationären Ankers 22a und 22b der Einwegbrücke nach Figur 6 gewickelt. Daher werden anstelle der Verwendung von bifilaren Draht strängen wie bei den Wicklungen 22a, 22c nur einzelne Drähte verwendet und eine bestimmte Wicklung wird zugeschaltet durch Schalten eines Paars von Transistoren. Zu diesem Zweck sind A Leistungsscha11er sät ze 101 bis 108 für jedes Paar von Wicklungen vorgesehen. Jeder Leistungsschaltersatz umfaßt ein Paar von Transistoren in Darlington-Schaltung. Die Basis des Eingangtransistörs jedes Leistungsschalterssatzes ist über ihren zugehörigen Basiswiderstand 109 bis 116 mit dem Ausgang eines Transistorverstärkers 81 eines der Kanäle verbunden, wie dies beispielsweise aus Figur 6 ersichtlich ist. Der Ausgang für den a -Kanal am Transistor 81a ist mit dem Eingang des

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Leistungsschaltersatzes 101 und 103 verbunden, der Ausgang des b-Kanals mit den Sätzen 105 und 107, der c-Kanal mit den Sätzen 102 und 104 und der d-Kanal mit den Sätzen 106 und 108. Die Wicklung 122a wird zugeschaltet oder stromführend wenn der Strom Ia fließt mit eingeschalteten Leistungsschaltersätzen 101 und 103. Die Wicklung 122a verhält sich dabei im Endeffekt wie die Wicklung 22c der Figuren 2 und 6, wenn die Leistungsschaltersätze 102 und 104 eingeschaltet sind und der Strom I_c fließt. Die Zweiweg-BrückenschaItung für das Zuschalten der Wicklung 122b arbeitet in ähnlicher Weise, wenn die Ströme I [> und Id fliessen. Jeder Transistor ist mit einer Schutzdiode 117 bis 124 ausgerüstet, welche über die Emitter-Kollektor-Anschlüsse geschaltet und so gepolt ist, daß sie einen Leitungsweg für die Stromstärke infolge der gespeicherten induktiven Energie bildet, welche beim Abschalten der Transistoren freigegeben wird.

Die vorbeschriebenen Scha I tungsanurdnungen ergeben eine relativ einfache wirtschaftliche Vorrichtung mit hohem Wirkungsgrad zur Steuerung der Kommutierung eines Motors als Ausführungsform der Erf i ndung.

Der vorverlegte Zündwinkel (oder die Vorverlegung oder Voreilung der Kommutierung) wird definiert gemäß Figur 3. Eine Voreilung Null besteht, wenn eine Wicklung dann eingeschaltet wird, wenn der magnetische Mittelpunkt eines Läufermagneten sich auf diese zubewegt und in dem Augenblick, in dem sich die magnetische Mittellinie des Läufers 135 elektrische Grade entfernt von der Stellung befindet, in welcher sie zur Achse des durch das Einschalten gebildeten Magnetpols ausgerichtet ist. Dies würde bei den theoretisch optimalen Verhältnissen vorliegen. Die Umschaltung der Wicklung bei 10 elektrischen Graden vor dem Erreichen dieser optimalen Stellung bedeutet dann eine Voreilung oder Vorverlegung der Kommutierung um 10 Grad. Diese bevorzugte Größe der Voreilung des Einschaltwinkels steht in Zusammenhang mit der L/R-. Zeit konstante der Wicklung. Bei einer Voreilung von 0

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elektrische Grade baut sich die Stromstärke in der Wicklung so langsam auf, um während der vollen Einschaltdauer der Wicklung das größtmögliche Drehmoment zu erhalten. Durch Vorverlegung des Kommutierungswinkels wird jedoch die Tatsache ausgenützt, daß die erzeugte Gegen-EMK während der unvollständigen Kopplung geringer ist, das heißt wenn die Polachsen des Läufers und der Wicklung nicht genau gleichlaufend sind, und daher kann die Zeit zum Aufbau der Stromstärke und die Erzeugung des Drehmomentes verbessert werden. Eine zu große Voreilung erzeugt ein überschwingen der Stromstärke mit entsprechenden nachteiligen Auswirkungen auf den Wirkungsgrad. Die optimale Einstellung der Voreilung hängt zu einem gewissen Grad von den gewünschten Arbeitspunkten für die Drehzahl und das Drehmoment für einen bestimmten Motor ab. Der Zeitwinkel oder Vor ei lungswinkeI wird vorgewählt und eingestellt durch eine Drehung des Bügels 42 entlang des Umfangs, wodurch die Lichtkopplungsmessfühler 43 und 44 relativ zum Verschlußflansch 46 eingestellt werden.

In der Figur 3 sind die Mi11eI I inien des magnetischen Nordpols und des magnetischen Südpols, welche durch die Wicklung 22b nach Figur 2 erzeugt werden, durch die Bezeichnung Nb bzw. Sb gekennzeichnet. Die allgemeine Lage der Polachsen oder Mittellinien der Magnete 13, 14 sind andererseits mit N,,S bezeichnet. Es ist zu beachten, daß die Nordpole und Südpole Nb und Sb durch die Wicklung 22b erzeugt werden, wenn diese gemäß Figur 2 zugeschaltet oder stromführend wird.

Während des Betriebs des Motors werden die Wicklungen 22a, 22b, 22c und 22d in Sequenz nacheinander kommutiert und mit dem Verschwinden der Pole Nb, Sb (zugehörig zur Wicklung 22b) erscheinen die Pole Nc, Sc (zugehörig zur Wicklung 22c). Aus der Figur 3 ist ersichtlich, daß die Mittellinie der Magnetpole S des Magneten 14 um 45 elektrische Grade gegenüber dem Pol Sb versetzt ist. Theoretisch sollte die Wicklung 22b zu diesem Zeitpunkt eingeschaltet werden zurr Aufbau der Pole Nb, Sb und die Wicklung 22b sollte

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während 90 elektrischer Grade zugeschaltet bleiben. Dann würde unter der Annahme einer Drehung des Läufers im Uhrzeigersinn gemäß der Darstellung durch den Pfeil R in Figur 3 die Wicklung 22b abgeschaltet und die Wicklung 22c eingeschaltet werden.

Es wurde gefunden, daß sich ein besseres Betriebsverhalten ergibt, wenn die Kommutierung der Wicklungen vor dem theoretisch erwünschten Umschaltpunkt oder Winkel mit einem vorbestimmten Vorei lungswinke I alpha vorgenommen wird (ausgedrückt in elektrischen Graden).

Für die Ausführungsform mit einer Anordnung der Wicklungen gemäß der vorstehenden Beschreibung ergab sich ein WinkeI alpha von etwa 20 elektrischen Graden. Daher wurde die Wicklung 22a abgeschaltet und Wicklung 22b zugeschaltet zum Aufbau der Pole Nb, Sb, wenn die Achse der Pole Sb des Magneten 14 um etwa 135 plus 20 oder 155 elektrische Grade davon entfernt war. 90 elektrische Grade später wurde die Wicklung 22b abgeschaltet und die Wicklung 22c wurde zugeschaltet zum Aufbau der Pole Nc, Sc. Selbstverständlich wird dieser Vorgang dann weitergeführt für die 4 Wicklungen 22a, b, c und d.

Obwohl gegenüberliegend angebrachte Wicklungsabschnitte gleichzeitig durch gegenüberstehende Magnete des Läufers gekoppelt werden können, können alle Windungen einer gegebenen Wicklung nicht vollständig gekoppelt werden infolge des verteilten Aufbaus der Wicklungen und der Verkürzung der Läufermagnete. Deswegen ist das Ausgangsdrehmoment bezogen auf die zugehörte Stromstärke in Ampere zur Ankerwicklung (T/I) eine Funktion der Stellung des Läufers, der Bogenlänge des Magneten, der Windungszahl der Wicklung und der Lage der Wicklungen in dem Anker. Die Figuren 11A, B, C zeigen die Auswirkung auf das Verhältnis T/I, wenn Magneten mit verschiedener Bogenlänge (ausgedrückt in elektrischen Graden) verwendet werden bei einer gegebenen Form eines Zwei stufen-Ankers. In einem mehrstufigen Motor wird der gerade Teil der

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Kurve Drehmoment/Stromstärke in Ampere (T/I) für jede Wicklung um die gleiche Zahl von elektrischen Graden verringert wie bei einem Zwei stufenmotor durch eine Verkleinerung der Bogenlänge für den Magneten, obwohl sich die Einschaltdauer für jede Wicklung gegenüber der Einschaltdauer verändert, wie sie in den Figuren 11A bis 11C für einen Zwei stufenmotor dargestellt wird.

Die Figur 11A zeigt die Kurve für T/I, wenn die Bogenlänge für den Magnet 180 elektrische Grade beträgt und die Zwei stufen-Wicklungen 22a, b, c und d die gleiche Anzahl von Windungen in jeder Nut besitzen. Die voll ausgezogene trapezförmige Kurve zeigt den momentanen Wert des Drehmomentes geteilt durch die Stromstärke bei einem konstanten Wert des durch die Wicklung 22a f Messenden Stroms, wenn diese Wicklung zugeschaltet oder eingeschaltet belassen wird während einer vollen Umdrehung des Läufers. Die gestrichelt gezeichnete trapezförmige Kurve ist in ähnlicher Weise für die Wicklung 22b gezeichnet und stellt ihren momentanen Beitrag zu der Größe Drehmoment geteilt durch Stromstärke in Ampere dar. Die stark ausgezogene Kurve zeigt eine resultierende Wirkung für eine nur während 90 elektrischen Graden eingeschaltete Wicklung 22a und für eine während 90 elektrischen Graden eingeschaltete Wicklung 22b usw. für die Wicklungen 22c und 22d. Die stark ausgezogene Kurve ist zur bequemeren Darstellung gegenüber den anderen Kurven versetzt.

Die Wicklung 22a wird etwa 45 elektrisehe Grade nach der Stellung eingeschaltet, in welcher die Polachsen der Läufermagneten die Mittellinie der Pole überstrichen haben, welche durch die Wicklung 22a aufgebaut werden sollen. Man ersieht daraus, daß die verteilten Wicklungen eine trapezförmige Form für das momentane Drehmoment ergeben im Gegensatz zu der theoretischen idealen Rechteckform, wie sie bei idealen Verhältnissen unter Benutzung konzentrierter Wicklungen erhalten würde. Es 1st zu beachten, daß jede der Figuren 11A bis 11C schematisch die Bogenlängen der verschiedenen Läufermagneten und auch die ''Breite*' der Leiter der

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Wicklung 22a darstellen. Der Ausdruck ''wird benutzt*' zur Bezeichnung des Winkels zwischen benachbarten Kernnuten, welche die Leiter einer gegebenen Wicklung tragen, welche gleichzeitig Strom in der gleichen axialen Richtung entlang des Kerns führen. Beispielsweise besitzt in Figur 2 die Wicklung 22b zwei Sätze von Leitern, wobei ein Satz in den Nuten 801 bis 806 und der andere Satz in den Nuten 807 bis 812 untergebracht ist. Die Leiter eines Satzes, welche in den Nuten 801 bis 806 enthalten sind, führen gleichzeitig Strom in der gleichen axialen Richtungen entlang des Kerns, wie dies durch die Markierungen ''χ'' dargestellt ist. Daher besitzt die Wicklung 22b eine Breite von 90 elektrische Grade. Die Breite beträgt vorzugsweise weniger als 120 elektrische Grade; sie kann jedoch den Wert Null für eine vollständig konzentrierte Wicklung aus einer Spule angenähert erreichen, welche nur zwei Nuten einnimmt. Die Konzentration der Wicklungen, das heißt die Verringerung dieser ''Breite'* gestattet eine Verringerung der Bogenlänge des Magneten.

Die Figur 118 zeigt die Kurve für das Drehmoment geteilt durch die Stromstärke in Ampere für einen Zweistufenmotor in Abhängigkeit von der Stellung des Läufers unter Verwendung eines bogenförmigen Magneten mit einer Bogenlänge von 160 elektrischen Graden. Es wird erneut angenommen, ddß die Wicklungen gleichförmig verteilt sind und die Stromstärke in der Wicklung einen konstanten Wert besitzt. Die momentane Größe des Verhältnisses Drehmoment/Stromstärke in Ampere in Abhängigkeit von der Stellung des Läufers und der entsprechenden Kurve behält auch hier ihre Trapezform wie in Figur 11A bei. Der Aufbau erfolgt jedoch langsamer und die Zeitdauer mit maximalem Drehmoment ist kürzer. Das resultierende oder durchschnittliche Drehmoment wird jedoch nur geringfügig vermindert. Diese Auswirkungen sind noch ausgeprägter bei einem Magneten mit einer Bogenlänge von 135 elektrischen Graden gemäß der Darstellung in Figur 11C.

Unter Berücksichtigung der Induktivität der Wicklung und der

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Drehzahl des Läufers von Motoren gemäß der Lehre der Erfindung sollte sich ein optimales Drehmoment bei Nennlast ergeben, wenn die Wicklungen mit einer Voreilung von etwa 20 elektrischen Graden zugeschaltet werden. Daher können die Bogenlängen für den Magnet von 180 elektrischen Graden auf 160 elektrische Grade reduziert werden, wobei sich praktisch keine Verluste in der Leistungsfähigkeit des Motors ergeben. Weiterhin können Magnete mit Bogenlängen bis herunter zu 120 elektrischen Graden verwendet werden ohne wesentliche Einbuße in der Leistungsfähigkeit und dem Wirkungsgrad des Motors. In bevorzugten Ausführungsformen, welche aufgebaut und geprüft wurden, lagen jedoch die Bogenlängen der Magnete zwischen 135 und 160 elektrischen Graden.

Die Kurven der Figur 11 sind idealisierte Darstellungen des Verlaufs des Verhältnisses Drehmoment/Stromstärke in Ampere. Diese Kurven weichen von der Idealform ab, wenn die W ick lungs induktivität, die Form der Kernnut, die Läuferdrehzahl und der Voreilungswinkel berücksichtigt werden. Durch die Induktivität wird das Ansteigen der Stromstärke verlangsamt, so daß mit der Wahl höherer Nenndrehzahlen die Zeitkonstante L/R der Wicklungen ein Faktor mit steigender Bedeutung wird. Als allgemeine Regel ist bei höheren Drehzahlen der VoreiIungswinke I größer. Das optimale Verhalten des Motors wird jedoch erreicht, wenn das Abschalten der Wicklung oder die Kommutierung auf einem nahezu horizontalen Teil der Drehmoment kurven nach den Figuren 11A bis C erfolgt und das Einschalten auf einem ansteigenden Teil dieser Drehmomentkurven erfolgt.

Die Figuren 12 bis 15 sind ähnlich den Figuren 11A bis 11C mindestens in dem Sinne, daß die erstgenannten Figuren idealisierte Kurven des Verhältnisses T/I (Drehmoment pro Stromstärke in Ampere) für einen Motor wie dem Motor nach Figur 1 in Abhängigkeit von der Stellung des Läufers für verschiedene Größen der ''Breite'* der stationären Ankerwicklung enthalten. In den Figuren 12 bis 15 zeigen die voll ausgezogenen trapezförmigen Kurven

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das Verhältnis des momentanen Drehmomentes zur Stromstärke in Ampere, welches sich ergeben würde, wenn eine Wicklung (beispielsweise der Wicklung 22a) während einer vollen Umdrehung eines Läufers eingeschaltet belassen würde. Die gestrichelt gezeichneten trapezförmigen Kurven sind in ähnlicher Weise für eine andere Wicklung gezeichnet (beispielsweise die Wicklung 22b). Die Daten für die Kurven 12 bis 15 beruhen auf der Annahme, daß ein einzelner Zweipolläufer mit einer Bogenlänge des Magneten von 135 elektrischen Graden verwendet wird zusammen mit verschiedenen stationären Ankern, welche eine verschiedene Wicklungsbreite oder verschiedene Konzentration der Wicktungen besitzen. Die Kurven nach den Figuren 12 bis 15 ergeben sich bei Wicklungssätzen mit einer Breite von 90 bzw. 60 bzw. 120 und elektrischen Graden. Die Dauer oder Ausdehnung der flachen oder horizontalen Teile der Kurven in elektrischen Graden nach den Figuren 12 bis 15 wurden dabei in den Figuren angegeben. Es ist zu beachten, daß die Dauer dieser flachen Teile der Kurve mit steigender Breite der Spulen abnimmt. Umgekehrt ausgedrückt bewirkt eine steigende Konzentration der Spulenwindungen eine Vergrößerung der Dauer des horizontalen Teils (Maximalwert für T/I).

Die Kurven der Figuren 12 bis 15 beruhen auf Wick lungsverteilungen, welche angenommener Weise eine gleiche Anzahl von Windung sabschni t ten pro Nut ergeben. Wie aus den Figuren 1 und 2 erkennbar ist, enthalten die Wicklungen 22 EndwindungsteiIe, welche entlang der Endflächen oder Stirnflächen des Kerns des stationären Ankers angeordnet sind, und seitliche Windungsteile, welche entlang der axial verlaufenden Nuten des Ankerkerns angeordnet sind.

Nachstehend wird als Beispiel di eWicklung 22b nach Figur 2 behandelt. Die Wicklung bist aus zwei Abschnitten oder Spulengruppen aufgebaut. Jede dieser Gruppen besitzt drei konzentrische Spulen, wobei jede Spule aus einer Anzahl von Windungen besteht und sich die seitlichen Windungsteile der Spulen in einer

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Ständernut befinden. Die umfangsmässige Ausdehnung oder Ausdehnung entlang der Bogenlänge für die äußerste Spule jeder Spulengruppe bestimmt die Spannweite jeder Spulengruppe. Die ''Breite'* oder ''Konzentration'* der Wicklung 22b wird jedoch durch die kombinierte Bogenausdehnung einer Hälfte der seitlichen Uindungst ei Ie beider Spulengruppen bestimmt. Bei einer maximal konzentrierten Wicklung würde jedoch nur eine Spule verwendet und alle Leiter für eine solche Wicklung würden insgesamt nur zwei Nuten einnehmen.

Daher bilden zusammengenommen alle Leiter der Wicklung 22b, in denen der Strom in die Zeichenebene der Figur 2 hineinfIiesst (oder aus der Zeichenebene herausfliesst) ;usammengenommen eine ''Breite*' von 90 elektrischen Graden. Wenn die Wicklung 22 b aus zwei Spulengruppen bestehen würde, die jeweils nur eine einzige Spule besitzen wurden, und diese Spulen in der gleichen Nut untergebracht wären, dann würde man eine maximale ''Konzentration'* oder eine minimale ''Breite'* erhalten.

Aus einem Vergleich der Figuren 11A bis C und der Figuren 12 bis 15 ist ersichtlich, daß die maximalen Werte des Verhältnisses T/I eine längere Dauer besitzen, wenn die ''Breite*' der Wicklung auf ein Minimum gebracht wird und die Bogenlänge des Läufermagneten auf einen maximalen Wert gebracht wird.

Die vorstehend beschriebenen Figuren 11A bis C und 12 bis 15 zeigen die gegenseitige Beziehung zwischen der Bogenlänge des Magneten, der ''Breite'* der Wicklung,und dem Beitrag der Wicklung zu der Größe T/I. Obwohl die Beziehungen dort für einen Zwei stufenmotor dargestellt sind, sind diese gegenseitigen Verhältnisse auch anwendbar auf Motoren mit mehreren Stufen. Mit der Vergrößerung der Stufenzahl wird die Breite einer Wicklung allgemein verringert, um eine Vergrößerung des flachen Teils der Kurve T/I für jede Wicklung zu erhalten, welche dann ein Überlappen der EinschaItzeiten der einzeihen Wicklungen gestattet

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unter der Annahme, daß die Bogenlänge der Magneten gleichbleibt. Diese Überlappung der Einschaltdauer der Wicklungen kann erwünscht sein, um eine stärkere Ausnutzung der Wicklung, einen höheren Wirkungsgrad des Motors und ein größeres Ausgangsdrehmoment des Motors zu erreichen. Wie bei dem zuvor beschriebenen Zweistufenmotor ergibt jedoch in einem Mehrstufenmotor die Verringerung der Bogenlänge der Magneten um 20 elektrische Grade (von 180 Grad auf 160 Grad) und um 45 elektrische Grade (von 180 Grad auf 135 Grad) eine Verringerung um 20 Grad bzw. 45 Grad in dem flachen Teil der Kurven T/I für jede Wicklung. Wenn dabei noch die Induktivität der Wicklung und die Läuferdrehzahl berücksichtigt werden, dann sollte das optimale Drehmoment vorliegen, wenn die Wicklungen mit einer Voreilung von etwa 20 elektrischen Graden zugeschaltet werden. Deswegen können die Bogenlängen der Magneten von 180 elektrische Grade auf 160 elektrische Grade verringert werden praktisch ohne Einbuße an Leistungsfähigkeit des Mo tors.

Wenn ein maximales Drehmoment über die volle Umdrehung des Läufers erwünscht ist, dann sollten die Wellenformen der Figuren 11A bis C und 12 bis 15 solange wie möglich ''flach'' gehalten werden. Wenn jedoch die Dauer des Maximums für T/I den theoretischen Maximalwert von 180 elektrischen Graden erreichen würde, dann würde sich eine Rechteckwelle ergeben. Mit anderen Worten würde der ansteigende Teil der Wellenform unendlich steil werden. Bei steileren Wellenformen ergibt sich jedoch eine stärkere Möglichkeit für An lauf prob I eme. Daher wird eine möglichst große Steilheit des ansteigenden Teils der Wellenform bevorzugt, welche noch keine unzulässigen Probleme beim Anlaufen ergibt. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß die Anforderungen an den Motorlauf eine größere Windungszahl der Wicklung erfordern können und damit eine größere ''Breite*' der Wicklung. Dies ergibt wiederum eine weniger ''steile*' Wellenform und diese macht eine größere Voreilung der Kommutierung für einen optimalen Wirkungsgrad erforder lieh.

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In der Schaltung nach Figur 6 kann eine große Vielzahl von Kombinationen von UND-Gatter (UND-Glied) ODER-Gatter, NAND-Gatter und NOR-Gatter verwendet werden, um die gewünschten logischen Verknüpfungen zu erreichen. Als weitere Abwandlung gegenüber der Schaltung nach Figur 6 können Einrichtungen vorgesehen werden zur Erfassung der Stromstärke in einer oder mehreren Wicklungen des stationären Ankers und zur Begrenzung der an den Wicklungen des stationären Ankers zugeführten Stromstärke, wenn die erfaßte Stromstärke einen vorgeschriebenen Wert übersteigt. Die Figur 19 zeigt eine Hemmungsschaltung oder Sperr scha I tung, welche den Ankerstrom mißt und den Strom jedesmal dann während eines kurzen vorbestimmten Zeitinterva I I s unterbricht, wenn die erfaßte Stromstärke einen vorgeschriebenen Wert überschreitet. Die Schaltung nach Figur 19 ist hauptsächlich während des Anlaufs des Motors in Betrieb und das vorbestimmte Zeitintervall ist kleiner als das Zeitintervall, in dem eine bestimmte Wicklung des stationären Ankers zugeschaltet ist. Diese Sperrung gemäß Figur 19 kann auch in das System nach Figur 6 eingefügt werden. Hierzu kann beispielsweise der relativ geringe Widerstand 204 in Reihe zwischen die Spannungsquelle und die einzelnen Ankerwicklungen geschaltet werden, in dem er beispielsweise in die obere rechte Leitung der Figur 6 eingefügt wird, welche die Verbindung zu der positiven Spannung V der Quelle herstellt. Zur Anpassung der logischen Schaltung der Figur 6 an eine Sperr funktion können die einzelnen Gatter 80 NOR-Gatter mit drei Eingängen sein, wobei die zusätzlichen Eingänge (in Figur 6 nicht dargestellt) für die einzelnen Gatter miteinander und mit der Sperr-AusgangsLeitung 206 der Figur 19 verbunden werden. Offensichtlich sind auch zahlreiche andere Ausführungsmöglichkeiten für die Sperrfunktion vorhanden.

In Figur 19 liegt der Widerstand 204 in Reihe mit der Wicklung des stationären Ankers und die Schaltung nach Figur 19 spricht auf die Spannung über dem Widerstand 204 an zur Sperrung der Ankerwicklung in einem kurzen Zeitintervall , wenn diese Spannung über den Widerstand einen verbestimmten Wert überschrei-

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tet. Zu Vergleichszwecken wird eine geregelte Gleichspannungsquelle, beispielsweise für 10 Volt, an dem Anschluß 208 zugeführt. Diese Gleichspannungsquelle ist nicht abgebildet, sie kann jedoch beispielsweise einen Transformator mit Mittelabgriff oder eine Gleichspannungsquelle in Form eines Brückengleichrichters mit Regelung durch Zener-Diode enthalten. Das Sperrsignal besitzt beispielsweise eine Dauer von 300 Mikrosekunden und nach diesem Zeitraum kann dann das NOR-Gatter der Figur 6 oder eine andere Transistör scha 11ung die bestimmte Wicklung wieder zuschalten.

In Figur 19 wird die über dem Widerstand 204 erfaßte Spannung durch einen Rechenverstärker 210 verstärkt und dieser liefert die verstärkte Spannung an einen Eingang des Verstärkers 212. Der Verstärker 212 ist als Komparator geschaltet und erhält als weiteres Eingangssignal eine Bezugsspannung, welche durch die Einstellung des Potentiometers 214 bestimmt wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 212 wird differenziert und zur Freigabe oder Befähigung des Verstärkers 216 verwendet. Der Verstärker 216 ist als Univibrator geschaltet und bleibt eingeschaltet während eines Zeitintervalls, welches durch die Zeitkonstante des Potentiometers 218 und des Kondensators 220 bestimmt wird. Der als Univibrator geschaltete Verstärker 216 gibt ein hohes Signal auf der Leitung 206 während der beispielsweise verwendeten Zeitdauer von 300 MikroSekunden ab zur Sperrung der Motorwicklung, wenn beispielsweise der momentane Wicklungsstrom 10 Ampere übersteigt.

Die drei abgebildeten Verstärker in Figur 19 sind als integrierte Schaltung aufgebaute Rechenverstärker, beispielsweise solche Verstärker des Typs MC3301B. Der Kondensator 222 zwischen dem Ausgang des Verstärkers 212 und dem EH ngang des Verstärkers 216 führt die Differenzierung durch. Der Ausgang des Verstärkers 216 geht auf einen hohen Spannungswert zur Sperrung der Wicklung, wobei bei diesem hohen Spannungswert der Kondensator 220 über den einstellbaren Widerstand 218 aufgeladen wird. Wenn die Ladung des Kondensators 220 groß genug wird, dann ist die Differenz zwischen

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den beiden Eingangssignalen zum Verstärker 216 niedrig genug um den Verstärkerausgang auf seinen niedrigen Wert zurückzuzwingen und der Kondensator 220 wird über die Diode 224 entladen.

Das Blockschaltbild der Figur 20 veranschaulicht eine beispielhafte abgeschlossene Umgebung, in welcher der bürstenlose Gleichstrommotor gemäß der Erfindung besonders brauchbar ist. Ein hermetisch verschlossenes Kühlsystem 226 enthält einen konventionellen Kompressor (nicht abgebildet) welcher durch den bürstenlosen Gleichstrommotor 228 angetrieben wird, der beispielsweise ein solcher Motor des in Figur 1 abgebildeten Typs sein kann. Der Motor 228 erhält den Ankerstrom von der Festkörper-Kommutierungsschaltung 230 und liefert an diese Stellungssignale, beispielsweise von den zuvor beschriebenen optischen Stellungsanzeige-Bauelementen. Eine Drehzahlmesschaltung 332 und eine Temperatursteuerung, beispielsweise ein konventioneller Thermostat 234 liefern ein Eingangssignal an einer Schaltung 236 in Festkörperbauweise zur Regelung des Feldstroms. Die Schaltung 236 zur Regelung der Feldstromstärke steuert den von dem Motor des Fahrzeugs angetriebenen Generator oder die Lichtmaschine 238 und diese liefert Energie an den Motor 228 über die Kommutierungsschaltung 230. Durch Steuerung der Feldstromstärke zu der Lichtmaschine oder zu dem Generator 238 wird die dem Motor zugeführte Leistung auf einfache Weise gesteuert und hierdurch wird wiederum die durch die Klimaanlage erzeugte Temperatur gesteuert. Das in Figur 20 schema ti sch dargestellte System beseitigt die üblichere durch Treibriemen angetriebene Kompressoranordnung, wie sie typischerweise in Klimaanlagen für Fahrzeuge vorhanden ist, und man erhält damit stattdessen ein System, das leicht eingerichtet werden kann zur Leistungszufuhr aus der Lichtmaschine 238 oder bei dem Parken des Fahrzeugs aus einem Standardanschluß für Wechselstrom. Die Kommutierungsschaltung 230 kann dabei den gleichen allgemeinen Aufbau wie die Schaltung nach Figur 6 besitzen. Wenn der wahlweise Betrieb von einem Standardanschluß für Wechselstrom oder die Verwendung einer Wechse I st rom Iichtma-

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schine anstelle eines Gleichstromgenerators erwünscht ist, wird in die Schaltung nach Figur 6 oder in die anderen Festkörper-Kommuta tor scha I tungen 230 nach Figur 21 eine geeignete Brückengleichrichterschaltung oder eine andere Gleichrichterschaltung eingefügt mit einer entsprechenden Schaltung 232 zur Erfassung der Drehzahl gemäß der Abbildung in Figur 2 2.

In den Ausführungsformen nachden Figuren 21 und 22 wird die Ausgangsspannung von der durch den Fahrzeugmotor angetriebenen Lichtmaschine 238 am Anschluß 240 zugeführt und die Gleichspannung des Fahrzeugakkumulators von 12 Volt wird am Anschluß 242 zugeführt. An dem Anschluß 244 wird eine durch Zener-Diode geregelte Batteriespannung von 12 Volt zugeführt. In der Schaltung nach Figur 21 arbeiten die Stellungsmessfühler 246 im wesentlichen in der gleichen Weise und wirken mit einem an der Welle befestigten Lichtverschluß zusammen, so daß die entsprechenden Leuchtdioden 248 und 250 einen Stromdurchgang in einem der beiden lichtempfindlichen Transistoren 252 und 254 oder in beiden Transistoren bewirken. Die Anzeigesignale für den Stromdurchgang oder den gesperrten Zustand werden durch NOR-Gatter 256 und umgekehrt und diese können zusammen mit den NOR-Gattern 260 und 262 solche Gatter des Typs CD-4001 in Form integrierter Schaltungen sein und arbeiten dann hauptsächlich als Decoder zur Bildung der Signale A, B, nicht -A und nicht -B wie zuvor. Diese Signale werden gemäß der Abbildung den entsprechenden Eingängen der Schaltung nach Figur 22 zugeführt und werden weiterhin logisch verknüpft durch die NOR-Gatter 264, 266, 268 und 270, wie dies bereits vorstehend im Zusammenhang mit der Figur 6 beschrieben wurde, um die vier Freigabesignale für die Wicklungen zu erhalten, von denen jeweils bei 90 Grad der Wellendrehung nur ein Signal auftritt. Wie zuvor werden die in Sequenz erzeugten Signale zur Zuschaltung der Wicklung dann den vier entsprechenden Transistoren, beispielsweise den Transistor 272 zugeführt zur Verstärkung. Diese verstärkten Signale werden dann den vier Leistungsmoduls für die Zuschaltung der Wicklung zugeführt, von

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denen in der Figur 21 nur ein Modul abgebildet ist. Jedes Leistungsmodul ist mit einem der Emitter der vier dargestellten Transistoren und mit der Lichtmaschinenquelle bei 240 verbunden und liefert dieser Lichtmaschinenspannung an die entsprechende Motorwicklung am Anschluß 274. Es kannJabei eine konventionelle Gleichrichtung der Ausgangsspannung der Lichtmaschine verwendet werden. Sie ist jedoch in Figur 21 nicht abgebildet.

Die Transistoren 270, 276 und 278 wirken als Verstärker zur Lieferung eines ausreichenden Basissteuerstroms an ein Paar parallel geschaltete Leistungstransistoren 280 und 282 des Typs 2N6258. Wie zuvor bildet die Diode 284 einen Ableitungsweg für die induktive Energie, welche in einer Wicklung vorhanden ist, wenn diese Wicklung abrupt abgeschaltet wird. Beim Betrieb wird beim übergang des Ausgangs eines der vier NOR-Gatter auf einen hohen Wert, beispielsweise des NOR-Gatters 264, der Transistor 272 freigegeben (durchgeschaltet) zum Stromdurchlaß und schaltet seinerseits die Transistoren 276 und 278 in ihren stromdurchlässigen Zustand zur Lieferung eines Basissteuerstroms an das Paar paralleler Transistoren 280 und 282. Der Stromdurchgang dieser Transistoren liefert die Gleichspannung am Anschluß 242 zu einem Anschluß 274 einer Motorwicklung, deren anderer Anschluß typischerweise geerdet ist.

Die Signale A und B und ihre komplementären Signale werden auch noch als Eingangssignale der Schaltung zur Erfassung der Drehzahl nach Figur 22 zugeführt und dort durch vier NOR-Gatter logisch verknüpft, die auch hier aus dem Typ CD-4001 bestehen. Die logische Verknüofung wird dabei so durchgeführt, daß genau einer der Ausgänge dieser NOR-Gatter zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt auf einem hohen Wert ist und jeder Ausgang während 90 Grad der We I Iendrehung auf dem hohen Wert bleibt und dann auf den niedrigen Wert zurückgeht, wobei der Ausgang des nächsten NOR-Gatters auf den hohen Wert geht. Diese Ausgangssignale an den NOR-Gattern besitzen dabei eine Rechteckwe I lenform und werden differenziert

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und einem Transistor 286 zur Verstärkung zugeführt. Die resultierende Aufeinanderfolge von kurzen Spannungsimpulsen wird als Eingangssignal einem Verstärker 288 in Form einer integrierten Schaltung zugeführt. Beispielsweise wird während des Zeitintervalls, in dem die Signale A und B beide einen hohen Wert besitzen das NOR-Gatter 290 wie in Figur 8 dargestellt einen hohen Ausgangsimpuls abgeben und es wird dann ein exponentiell abklingender NadeI spannung simpu I s über dem Transistor 292 erscheinen infolge des anfänglichen Kurzschlusses und der ansch I iessenden Sperrwirkung der Ladung, welche sich auf den Kondensator 294 aufbaut. Dieser Nadelimpuls wird über die Dioden 296 und den Widerstand 298 der Basis des Transistors 286 zugeführt und dieser Transistor wird während eines kurzen Zeitinterva I I s Strom durchlassen und damit praktisch die Leitung 300 erden. Die periodische Erdung der Leitung 300 erfolgt dabei am Beginn jedes Recht eckimpu I ses von dem Gatter 29o, da am Beginn eines Impulses ein positiv verlaufender Nadelimpuls erzäugt wird. Am Ende des Impulses wird ein negativ verlaufender Nadelimpuls erzeugt und dieser wird durch die Diode 296 am Durchgang zur Basis des Transistors 286 gehindert. Durch diese periodische Erdung der Leitung 300 wird der Verstärker 288 getriggert, welcher ein Rechenverstärker in Univibratorschaltung ist,und das Ausgangssigna I dieses Rechenverstärkers ist eine Sequenz von Rechteckquellen mit gleichförmiger Impulshöhe und Impulsdauer. Diese Folge von RechteckimpuI sen wird einem zweiten Verstärker 302 zugeführt, welcher als Filter wirkt und als Ausgangssignal das Drehzah I signa I liefert. Dieses wird einem weiteren Verstärker 304 zugeführt, welcher ebenfalls ein Rechenverstärker ist und als Komparator geschaltet ist. Das Ausgangssignal des Verstärkers 302 wird mit der am Anschluß 306 zugeführten Generator spannung verglichen. Das Ausgangssignal des Verstärkers 304 besitzt dabei entweder einen hohen oder einen niedrigen Wert in Abhängigkeit davon, ob das Drehzah I signa I grosser oder kleiner ist als die am Anschluß 306 zugeführte Spannung. Wenn das Signal die Ausgangsspannung der Lichtmaschine überschreitet, dann ist das Ausgangssignal des Verstärkers 304

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auf einem hohen Wert und schaltet das Transistorpaar 308 in Dartington-SchaItung ein, wodurch der eine Feldanschluß der Lichtmaschine mit Erde gekoppelt und die Ausgangsspannung der Lichtmaschine vergrößert wird. Der Feldanschluß 310 der Lichtmaschine ist mit einer Batteriespannungsquelle gekoppelt und eine Diode 312 ist über die Feldanschlüsse der Lichtmaschine geschaltet. Diese Diode bewirkt zusammen mit der Induktivität der Lichtmaschinenfeldwicklung eine Glättung des sonst pulsierenden Feldstroms infolge des Einschaltens und Abschaltens des Transistorpaars 308. Die Breite eines einzelnen Ausgangsimpulses von dem Univibratorverstärker 288 ist konstant während die Folgefrequenz dieser Impulse direkt proportional ist der Frequenz, mit welcher die Leitung 300 geerdet ist, und diese Frequenz ist wiederum proportional der Läuferdrehzahl. Wenn daher die Läuferdrehzahl ansteigt, wird eine größere Zahl dieser Impulse dem Filter 302 während eines gegebenen Zeitinterva11s zugeführt und das Ausgangssignal (der Mittelwert der veränderlichen Eingangsspannung) von diesem Filter besitzt einen höheren Wert. Diese am positiven Eingang des Verstärkers 304 zugeführte höhere Spannung bewirkt, daß der Verstärkerausgang auf einen hohen Wert geht (vorausgesetzt die Ausgangsspannung der Lichtmaschine hat sich nicht geändert) und dadurch den Stromdurchlaß im Transistorpaar 308 und eine Vergrößerung der Ausgangsspannung der Lichtmaschine bewirkt. Am Anschluß 314 wird auch noch eine Spannung beispielsweise gleich der Batteriespannung des Fahrzeuges,zugeführt um zu gewährleisten, daß eine gewisse Spannung zur Verfugung steht, wenn der Motor steht. Eine Thermostat steuerung kann in Form eines einfachen einzigen Schalters 316 gemäß Figur 21 ausgeführt werden oder es können kompliziertere Steuerverfahren verwendet werden, beispielsweise durch Änderung der Schwellwertspannung des !Comparators 304 oder durch andere Verfahren, wie sie im Zusammenhang mit der Figur 24 erörtert werden.

Die Figur 23 zeigt eine weitere beispielhafte abgeschlossene Umgebung, in welcher der bürstenlose Gleichstrommotor gemäß der

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Erfindung besonders günstig eingesetzt werden kann. Das Eisschrankgehäuse 318 enthält eine Verdampferschlange 320 und ein Paar thermostatisch gesteuerter Kontakte 322, welche sich zur Betätigung des Eisschranks schließen, wenn die Temperatur im abgeschlossenen Gehäuse einen bevorzugten Wert überschreitet. Ein Kompressor 324 pumpt Kühlmittel in eine Kondensorsch lange 326, wo die überschüssige Wärme abgeführt wird, und dann bewegt sich das Kühlmittel zu einem Expansionsventil oder einer Kapillare 328 und in die Verdampf er sch lange 320, Der Kühlmittelkreislauf und die Kühlung der Kondensorschlange 326 durch einen Ventilator 330 sind konventionell. Die Anordnung nach dem Blockschaltbild der Figur 23 ist jedoch neuartig dahingehend, daß das System in einer beweglichen Umgebung untergebracht ist und seine Leistung beispielsweise aus dem 12 Volt-Akkumulator 332 eines Fahrzeuges erhält und ein abgeschlossenes Gehäuse 334 besitzt, welches den Kompressor 324 und den Motor 336 einschließt. Im Gegensatz hierzu steht die Verwendung der konventionellen unmittelbar durch den Fahrzeugmotor angetriebenen Kompressoranordnung, wie sie typischerweise bei Fahrzeugen verwendet wird. Der elektronische Kommutator 338 kann dabei ein Kommutator des Typs gemäß Figur 6 oder Figur 2! sein und eine Thermostatsteuerung desselben kann wie zuvor angegeben oder in Figur 24 abgebildet ausgeführt werden.

In Figur 24 sind NOR-Gatter wie die Gatter 80 der Figur 6 mit vier praktisch identischen E i rigang sansch lüssen verbunden, beispielsweise den Anschlüssen 340 und 342. Die Ausgangsanschlüsse sind gemäß Figur 24 mit der Basis von vier Transistoren 82 in Figur 6 verbunden. Die als Beispiel dargestellte Gleichspannungsquelle für 12 Volt ist dann mit dem Anschluß 348 gekoppelt und die Kontakte des Thermostaten 322 bewirken eine Verbindung dieser Quelle für positive Spannung mit dem Ventilator 330 für die Kondensorschlange und mit der Basis des Transistors 350. Solange der Schalter 322 unterbrochen oder geöffnet ist wird der Transistor 350 in seinem gesperrten oder nicht Strom durchlässigen Zustand

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gehalten und die Transistoren 352 und 354 erhalten eine Basisschal tsteuerung über den Widerstand 356. Der Stromdurchgang durch die Transistoren 352 und 354 verhindert den Stromdurchgang in den Transistoren 358 bzw. 316 und schließt dadurch Signale zur Freigabe einer Wicklung an den Anschlüssen 344 und 346 aus (es ist kein Leitungsweg für den Basisstrom im Transistor 82 vorhanden). Wenn der Schalter 322 geschlossen ist, dann wird der Transistor 350 stromdurchlässig gemacht und erdet praktisch die Quelle für den Basisstrom für die Transistoren 352 und 354, zwingt dadurch diese Transistoren in ihren ηichtstromdurch I ässigen Zustand und gestattet den Stromdurchgang durch die entsprechenden Transistoren 358, 360 oder anderer in ähnlicher Weise für andere Wicklungen vorgesehene Transistoren, wenn diese durch ihre entsprechenden Anschlüsse 340 oder 342 mit Energie versorgt werden,und dies ermöglicht die zuvor beschriebene Arbeitsweise der Kommutatorschaltung.

Die Schaltung nach Figur 16 zeigt eine Möglichkeit zur Auslassung eIektro-optischer oder elektro-mechanι scher Messfühlerelemente zur Feststellung der Lauf er ste I lung und ist besonders geeignet für den Fall, in dem mehrere Motorwicklungen in einer Einweg-Brückenschaltung verbunden sind. Die Schaltung nach Figur 16 besitzt einen Widerstand 130 zwischen der Spannungsquelle für die Wicklungen und den ei nze Inen Wicklungen. Bei spi e I swei se können die Leitungen 930 und 931 jeweils mit der Spannungsquelle und mit dem in Figur 6 mit *V bezeichneten Punkt verbunden werden, so daß der gesamte an die Wicklungen gelieferte Strom durch den Widerstand 130 f Hessen wird. In ähnlicher Weise könnte der Widerstand 130 durch die Leitungen 930 und 932 mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Wicklungen mit Erde verbunden sein zur Erfassung des GesamtwickIungsstroms und die Leitung 131 könnte mit dem Netzteil oder der Spannungsquelle gemäß der Darstellung in Figur 16 verbunden werden, um die Netzspannung zu erfassen, wobei dann die Verbindung zwischen der Leitung 931 und der Leitung 932 weggelassen ist. In jedem Fall erzeugt der durch den

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Widerstand 130 fliessende Gesamtwick lungsstrom eine Spannung über den Widerstand, welche über Widerstandselemente 132 bzw. 134 dem positiven und negativen Anschluß eines Rechenverstärkers 136 zugeführt wird. Wie ausführlicher in Figur 6 dargestellt sind die Wicklungen 22a, 22b, 22c und 22d des stationären Ankers in einer Einweg-Brückenschaltung mit Erde verbunden und der Widerstand kann zwischen dem Mittelpunkt der Einweg-Brücke und Erde angeschlossen sein, über den Rechenverstärker 136 ist ein veränderlicher Ableitwiderstand 138 geschaltet. Das Ausgangssignal des Rechenverstärkers 136 wird über einen Widerstand 140 einem Eingang eines Rechenverstärkers 144 zugeführt und die Netzspannung Vi wird über den Festwiderstand 133 und einen variablen Widerstand 135 dem anderen Anschluß des Rechenverstärkers 144 zugeführt. Der variable Widerstand 138 und der Widerstand 140 werden verwendet, um das Spannungssignal entsprechend der Stromstärke durch die Wicklungen einzustellen gemäß dem Widerstand der Motorwicklungen, und daher werden sich diese Widerstände entsprechend der Motorkonstruktion ändern. Für geringe Änderungen der Motorgröße kann diese erforderliche Muß st abseinsteI lung erreicht werden durch Einstellung des variablen Widerstandes 138. Für größere Änderungen der Motorabmessung kann dagegen die Größe des Widerstandes 140 verändert werden. Der Rechenverstärker 136 erfaßt den am Widerstand 130 aufgeprägten Spannungsabfall und erfaßt damit den Gesamtmotorst rom zur Erzeugung eines Ausgangssignals proportional zur Stromstärke I in den Wicklungen des stationären Ankers, das auch noch proportional zum Spannungsabfall im Motor infolge des Widerstandes R der Ankerwicklung ist. Dieser Spannungsabfall kann auch als ohm'scher Spannungsabfall (IR-Spannungsabfa 11) des Motors bezeichnet werden. Der Rechenverstärker 148 bestimmt die Differenz zwischen der Netzsspannung oder Versorgungsspannung V-) und der Ausgangsspannung des Rechenverstärkers 144 zur Erzeugung eines Ausgangssignals für die Größe Gegen-EMK CV -IR) des Motors, welche eine Anzeige für die Drehzahl des bürstenlosen Gleichstrommotors darstellt.

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Das Ausgangssignal des Rechenverstärkers 144 wird über einen Festwiderstand 145 und einen variablen Widerstand 146 einer Frequenzschaltung oder einem spannungsgesteuerten Oszillator zugeführt, welcher im wesentlichen aus einem Rechenverstärker 148, einem Uni j unktionstransistör 154 und einem Transistor 158 gebildet wird. Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators wird an dem Kollektor des Transistors 158 entnommen und, besitzt eine Frequenz proportional zu der Eingangsspannung und damit zu der Drehzahl des bürstenlosen Gleichstrommotors. Insbesondere wirkt der Rechenverstärker 148 als eine Stromquelle zum Aufladen des Kondensators 152 über den Widerstand 150. Der Kondensator wird aufgeladen bis zum Erreichen der Schwe I Iwertspannung des Uni j unktionstransistörs 154, und zu diesem Zeitpunkt wird dann der Unijunktionstransistör 154 in Vorwärtsrichtung stromdurchlässig gemacht, wodurch die auf dem Kondensator 152 gespeicherte Ladung über den Unijunktionstransistör 154 und einen Widerstand 155 entladen wird. Wie in Figur 16 gezeigt wird die Schwellwertspannung des Uni j unktionstransistors 154 durch die Werte der Widerstände 153 und 154 eingestellt, welche praktisch eine Spannungsteilerschaltung bilden, über welcher eine Versorgungsspannung oder Netzspannung V₁ angelegt wird. Mit dem Entladen des Kondensators durch den Widerstand 155 steigt die am Widerstand erzeugte und über den Widerstand 156 der Basis des Transistors 158 zugeführte Spannung solange an, bis der Transistor 158 stromdurchlässig wird und dadurch das Ausgangssignal an seinem Kollektor auf Erdpotential abfällt. Daraus ist ersichtlich, daß das am Kollektor des Transistors 158 entnommene Ausgangssignal praktisch eine Rechteckwelle ist,deren Frequenz sich in Abhängigkeit von dem Ladestrom zum Kondensator 152 ändert und damit abhängig ist von der Drehzahl des bürstenlosen Gleichstrommotors.

Die Ausgangsspannung des spannungsgesteuerten Oszillators wird einer Anzeigeeinrichtung zugeführt, welche einen ersten Flip-Flop 160 enthält, dessen AusgangssignaIeA₁A komplementäre Rechteckwellen sind, wie sie in Figur 17 dargestellt sind.

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Insbesondere wird das Eingangssignal einer Frequenz entsprechend der Drehzahl der Läuferdrehung dem Eingang des Flip-Flops 160 zugeführt, welcher die Frequenz des Eingangssignals durch zwei teilt zur Erzeugung einer Folge von Recht eckimpuI sen. Weiterhin liefert der Flip-Flop 160 auch das in Figur 17 gezeigte komplementäre Signal TT . Das Ausgangssignal A des Flip-Flops 160 wird dem Eingang des zweiten Flip-Flop 162 zugeführt, welcher ebenfalls die Frequenz des Eingangssignals durch zwei teilt zur Erzeugung eines Ausgangssignals B und des hierzu komplementären Signals B, wie dies in Figur 17 gezeigt ist. Die resultierenden Rechtecksignale A, B, ~Ä und "B zeigen die Drehzahl des Motors an und simulieren weiterhin die Winkelstellung der Läuferwelle bei ihrem Umlauf durch eine volle Umdrehung. Insbesondere simulieren diese Signale die Läuferstellung in dem Sinne, daß der Läufer mit dem Beginn seiner Drehung seine eigene Stellung bezüglich der an den St änderw i ck lung en 22 a , 22b, 22c und 22d zugeführten Stromsignale aufsucht. Obwohl die zuvor genannten und von den Flip-Flops 160 und 162 entnommenen Signale die Lau f <_ r ste I lung nicht exakt identifizieren im gleichen Sinne wie die Ausgangssignale der in Zusammenhang mit Figur 8 erläuterten Messfühler, treten diese Ausgangssignale während der Umdrehung in Sequenz nacheinander auf und simulieren praktisch die Stellung des Läufers, wenn dieser einmal synchron mit dem Ständerfeld ist.

Beim Vergleich der Figuren 8 und 17 ist auch noch zu beachten, daß in der Ausführungsform ohne Messfühler nach den Figuren 16 und 17 die Wicklungen nicht mehr in alphabetischer Reihenfolge zugeschaltet werden. Das einfache Hilfsmittel einer Vertauschung eines Paars von Wicklungsanschlüssen (beispielsweise die Anschlüsse für die Wicklungen a und d) am Ausgang der Transistoren 83 bewirkt eine Korrektur dieses Zustandes und ergibt die richtige alphabetische Reihenfolge der Zuschaltung der Wicklungen. In ähnlicher Weise wurde im Taktdiagramm oder Kurvendiagramm der Figur 17 angenommen, daß die Flip-Flops 160 und 161 Flip-Flops des Typs sind, in dem die Vorderkante des Ausgangssignals A des

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Flip-Flops 160 den Ausgang des Flip-Flops 162 so triggert, daß sein Signal B einen hohen Wert besitzt oder einer logischen 1 entspricht. Wenn eine Flip-Flop-Schaltung verwendet wird, welche auf der rückwärtigen Kante des Signals A durchschaltet, dann wird der Motor in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung bei Verwendung von Flip-Flops mit Triggerung durch die Vorderkante laufen, wenn die übrigen Anschlußverbindungen unverändert belassen werden. Es wird auch hier daran erinnert, daß die Ausgangssignale der Flip-Flops 160 und 162 weiterverarbeitet und den Wicklungen in der gleichen Weise zugeführt werden können, wie die Signale A und B und ihre komplementären Signale gemäß der Darstellung in Figur 6.

Es wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Figuren 16 und 17 der Anfahrbetrieb einer elektronischen Kommutierungsschaltung gemäß der vorstehenden Beschreibung erklärt. Am Anfang werden die Schaltungen dadurch eingeschaltet, daß ihnen die Versorgungsspannung oder Netzspannung Vi zugeführt wird. Zunächst steht dabei der Läufer des bürstenlosen Gleichstrommotors still. Unter diesen Verhältnissen ist der Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators eingestellt auf die Erzeugung eines Ausgangssignals mit einer Frequenz, die beispielsweise einer Drehzahl des Läufers von etwa 60 Umdrehungen pro Minute entspricht. Daher wird mit der Zuschaltung der Ständerwicklungen 22a, 22b, 22c und 22d in Sequenz mindestens eine der Wicklungen des stationären Ankers ein positives Drehmoment auf den Läufer erzeugen und dadurch seine Drehung auslösen. Mit dem Auftreten dieser Drehung wird dabei der Läufer des bürstenlosen Gleichstrommotors dem Feld des Ankers nachfolgen. Der Oszillator für die Umsetzung von Spannungswerten in Frequenzwerte ist dabei so programmiert, daß das anfängliche Ausgangssignal nicht auf Null eingestellt ist sondern auf einen ausgewählten Frequenzwert, das heißt entsprechend einer Drehzahl der Läuferwelle von 60 Umdrehungen pro Minute und dies gewährleistet, daß der Motor seIbststart end ist. Die Frequenz des Ausgangssignals des spannungsgesteuprten Oszillators bleibt solange

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niedrig, bis der Läufer 10 synchron mit dem Feld der Ständerwicklungen läuft. Gemäß Figur 16 wird die Anfangsfrequenz des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators bestimmt durch die Einstellung des variablen Widerstandes 149 auf einen solchen Wert, bei dem der Läufer in Synchronisation mit dem Feld des stationären Ankers geht. Danach steigt die Drehzahl des Läufers so lange an, bis eine Drehzahl für den Normallauf erreicht ist. Die Anstiegsgeschwindigkeit der Frequenz bezogen auf den Spannungseingang wird bestimmt durch die Einstellung des variablen Widerstandes 135. Daher wird der spannungsgesteuerte Oszillator als programmiert in dem Sinne betrachtet, daß am Anfang die Ausgangsspannung auf eine bestimmte Frequenz eingestellt ist um zu gewährleisten, daß der Läufer in Synchronisation mit dem Ankerfeld geht, und da β ansch I ießend die Drehzahl des Rotors mit einer bestimmten Geschwindigkeit gesteigert wird.

Durch die in den Figuren 16 und 17 dargestellte A »τ, f'ihrungsf orm werden nicht nur Messfühler für die Stellung der Welle beseitigt. Da diese Ausführungsform grundsätzlich mit einer in Figur 17 nicht abgebildeten Rechteckwelle arbeitet, welche jedoch offensichtlich die doppelte Impulsfolgefrequenz wie beispielsweise die Wellenform A besitzt, kann der Betrieb eines bürstenlosen oder kommutatorlosen Gleichstrommotors durch Schaltung mit Hilfe von Rechteckwellen andere Formen annehmen. Das Rechteckwellenausgangssignal vom Transistor 158 in Figur 16 besitzt eine Frequenz proportional zur Läuferdrehzahl und in dieser bestimmten Ausführungsform für einen Zweipolmotor ergibt sich diese Frequenz als das doppelte der Läuferdrehzahl. Es wird damit eine digitale Steuerung oder Rechner steuerung eines Gleichstrommotors möglich und die gemäß den Prinzipien in der Erörterung der Ausführungsform der Figuren 16 und 17 verwendete Rechteckwelle kann andere Formen annehmen.

Die Figur 18 zeigt eine solche einzigartige und zweckmässige Abwandlung, bei welcher während des Anfahrens des Motors ein Signal

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proportional zur Motordrehzahl verwendet wird und andererseits während des normalen Laufs im Betrieb des Motors ein Signal proportional zur Motorbelastung verwendet wird.

In Figur 18 werden Signale, welche die normalerweise von den Messfühlern erhaltenen Signale für die Wellenstellung simulieren, von einem Flip-Flop mit Dualausgang erhalten, welcher durch eine Frequenzschaltung oder einen spannungsgesteuerten Oszillator getriggert oder durchgeschaltet wird. Die Spannungssteuerung für diesen Oszillator wird abgeleitet aus einem Signal, das während des Anlaufens des Motors proportional zur Motordrehzahl und während des Normallaufs des Motors proportional zur Motorbelastung ist. Die Flip-Flop-Ausgänge werden über Umkehrstufen (Inverter) und auch noch unmittelbar Signa IverarbeitungsschaItungen wie der Schaltung 80 nach Figur 6 zugeleitet. Die Motordrehzahl wird eingestellt entsprechend der Last auf der Basis der Bedingung, daß der in irgendeiner Wicklung des Motors fließende Strom praktisch eine kechtpckwe I lenform besitzt, und dies führt zu einem besseren Wirkungsgrad beim Betrieb des Motors. Daher werden die vordere und die rückwärtige Hälfte der Wellenform einzeln abgetastet, integriert und verglichen. Wenn sie sich voneinander unterscheiden wird die Spannung zum spannungsgesteuerten Oszillator geändert in Abhängigkeit von diesem Vergleich zwischen der vorderen und der rückwärtigen Hälfte der Wellenform, und die Motordrehzahl wird entsprechend verkleinert oder vergrößert.

In Figur 18 erfaßt ein Verstärker 164 den Spannungsabfall über dem Widerstand 166, welcher wie der Widerstand 130 in Figur 16 den gesamten Motorstrom führt. In der Praxis sind solche Widerstände 166 und 130 recht klein und können beispielsweise die Größenordnung von einigen Hundertstel eines Ohms besitzen. Das durch den Spannungsabfall über dem Widerstand 166 erzeugte Signal wird durch die Widerstände 546, 548 und 564 gemäß dem Widerstand der Motorwicklung herabgesetzt und daher ändern sich die Wider-, standswerte dieser Widerstände zum Herabsetzen des Signals ent-

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sprechend der Konstruktion des Motors. Daher ist das Ausgangssignal des Verstärkers 164 proportional zur Stromstärke im Motor und ist auch noch proportional zu dem Spannungsabfall im Motor infolge des Widerstandes seiner Wicklung. Dieses Ausgangssignal des Verstärkers ist dann repräsentativ für den ohm'sehen Spannungsabfall des Motors. Ein ähnlicher Rechenverstärker 166 erhält als ein Eingangssignal das Signal für den ohm'schen Spannungsabfall im Motor und als das andere Eingangssignal die zugeführte Spannung. Wie zuvor ist daher das Ausgangssignal des Verstärkers 166 proportional zu dem Ausdruck (V -IR) und dieses Ausgangssignal ist eine Anzeige für die Drehzahl des Gleichstrommotors mit Dauermagnet. Dieses Signal zur Anzeige der Drehzahl bildet ein Eingangssignal zum Verstärker 168, solange der Schalter 170 geschlossen ist. Der Schalter 170 ist während des Anfahrens und bis zum Erreichen von zwei Drittel der Motordrehzahl und der Vollast geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt wird dann der Schalter 170 geöffnet und das Drehzahlsignal h ρ r i t ζ t keine weitere Auswirkung auf das Verhalten des Sy:: tuns.

Der Schalter 172 ist dabei so angekoppelt, daß er sich schließt wenn der Schalter 170 geschlossen wird und bei geöffnetem Schalter 170 geöffnet ist. Wenn diese beiden Schalter geschlossen sind,arbeitet der Verstärker 168 als ein Rechenverstärker mit einem Ausgangssigna I proportional zur Drehzahl. Wenn diese beiden Schalter geöffnet sind,dann arbeitet der Verstärker 168 als Differ entia I- Int egrator mit einem Ausgangssignal proportional zu der in diesem bestimmten Augenblick vorhandenen Belastung. Das Ausgangssignal des Verstärkers 168 wird einem spannungsgesteuerten Oszillator zugeführt, welcher Verstärker 174 und 176 und Rückkopplungsschaltungen einschließlich des Transistors 178 und des Kondensators 180 und ihrer zugehörigen Widerstände enthält. Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators vom Verstärker 176 ist eine Rechteckwelle mit einer Frequenz proportional zu der als Ausgangssignal des Verstärkers 168 zugeführten Spannung. Das Ausgangssignal des spannungsgesteu-

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- Sterten Oszillators wird einer Anzeigeeinrichtung (Indexeinrichtung) zugeführt, welche eine Flip-Flop-Schaltung 182 des Typs CD 4013 AE enthält und als Ausgangssignale A und B Rechteckwellen liefert, wobei diese Uellenformen praktisch identisch sind zu den Wellen A und B gemäß der Abbildung in Figur 17. Ein paar einfacher NOR-Gatter oder Umkehrstufen können verwendet werden um die Wellenformen für die Signale nicht -A und nicht -B zu erhalten, und diese 4 Wellenformen werden wie zuvor den Leitungen für A, B, nicht-A und nicht-B nach Figur 6 zugeführt. Die Frequenz der Wellenform A beträgt dabei die Hälfte der Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators und die Wellenform B besitzt eine Frequenz entsprechend einem Viertel der Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators.

Das AusgangssignaI des spannungsgesteuerten Oszillators wird auch noch über die Leitung 184 einer Logikscha I tung (Chip) 186 zugeführt beispielsweise des Typs CD 4001 AE, welche ji-ci NOR-Gatter 188, 190 und 192 enthält.

Die Schalter 170 und 172 sind logische Gatter,die solange geschlossen sind, wie das Ausgangssignal vom Verstärker 198 auf einen niedrigen Wert ist und damit eine relativ niedrige Motordrehzahl anzeigt, und die Schalter werden geöffnet, wenn das Ausgangssignal von dem Verstärker 198 ansteigt und beispielsweise anzeigt, daß der Motor einen Wert von zwei Drittel seiner Norma I laufdrehzahl erreicht hat. Das Ausgangssignal vom Verstärker 198 wird auch noch der Logikscha I tung 186 zugeführt, welche durch das Vorhandensein des umkehrenden NOR-Gatters 188 abwechselnd Schalter 194 und 196 mit Hilfe von Steuersignalen auf den Leitungen 200 und 202 schließt, um auf diese Weise abwechselnd den vorderen und den rückwärtigen Teil der Wellenform des Signals für die Stromstärke gesehen am Ausgang des Verstärkers 164 abzutasten. Die vorderen und rückwärtigen Halbsignale werden als negatives bzw. positives Eingangssignal dem Verstärker 168 zugeführt. Wie bereits erwähnt wirktdieser Verstärker als Di ff er entia I-Integrator

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mit einer langen Zeitkonstante und das Ausgangssignal des Verstärkers 168 steigt an, wenn die rückwärtige Flanke (Schalter 194 geschlossen) größer ist als die vordere Kante der Wellenform. Andererseits wird das Ausgangssignal des Verstärkers 168 abnehmen, wenn bei geschlossenem Schalter 196 die vordere Kante der Wellenform größer ist als die rückwärtige Flanke. In ähnlicher Weise wird das Ausgangssignal des Verstärkers 168 konstant bleiben, wenn die Wellenform des Ausgangssignals des Verstärkers 164 angenähert der gewünschten Rechteckwellenform entspricht.

Aus der in Figuren 16 und 18 gezeigten Schaltung ist ersichtlich, daß weitere Abwandlungen gemäß dem gewünschten Anwendungsfall vorgenommen werden können. Beispielsweise ist die Schaltung nach Figur 18 ausgelegt für einen festen VoreiIungswinke I der Kommutierung für die Motorwicklungen, wobei dieser Winkel in der abgebildeten Ausführungsform etwa 15 elektrische Grade beträgt. Bei einer sehr niedrigen Belastung oder einer sehr starken Belastung kann es jedoch erwünscht sein, den Vorei luno :,wi nke I abzuändern um einen möglichst großen Wirkungsgrad zu erhalten. Dies kann erreicht werden durch Zuführung eines Vorspannungssignals an einem der beiden Eingänge des Verstärkers 168.

Weiterhin ist die offenbarte Schaltung verwendbar für Motoren mit mehreren Stufen, wobei dann nur eine Abwandlung in der logischen Schaltung zur Erzeugung der Wellenformen A, B, "Ä usw. erforderlich ist. Beispielsweise erfordert ein Motor mit 6 Stufen die Erzeugung von 6 Wellenformen zum Umschalten von 6 Wicklungen in Sequenz, welche zu diesen 6 Stufen gehören, wobei jede dieser Wellenformen einer SignaIverarbeitungsscha I tung ähnlich der Schaltung 80a der Figur 6 zugeführt wird, welche ihrerseits eine Betätigung oder Zuschaltung der Wicklung in der gleichen Weise bewirkt, wie dies in Figur 6 gezeigt ist. Wenn die Schaltung in Mehrstufenmotoren verwendet würde ist anzunehmen, daß es erwünscht wäre keine überlappenden Einscha 11zeiten zwischen den Wicklungen vorzusehen, besonders in Motoren mit 4 oder mehr Stufen, um auf

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diese Weise die erzeugte Motorstromstärke richtig zu erfassen und eine richtige Beziehung zwischen der Stromstärke und der Wicklungserregung herzustellen.

Wenn ein umkehrbarer Motor gewünscht ist, dann können zwei Sätze der logischen Schaltung vorgesehen werden zur Erzeugung der benötigten UmschaItsequenz in den verschiedenen Drehrichtungen, wobei dann diese Sätze abwechse Ind in Abhangigkeit von der gewünschten Drehrichtung mit dem Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators verbunden oder von ihm getrennt werden.

In bürstenlosen Gleichstrommotoren kann es erwünscht sein, die Anfangsstellung des Läufers relativ zu den Wicklungen des stationären Ankers zu ermitteln. Die Figur 40 zeigt ein Verfahren zur Ermittlung dieser Anfangsstellung des Läufers. In Figur 40 ist im Schnitt und schematisch der Magnetläufer 10 der Figur 1 dargestellt mit einem Dauermagnet-Nordpol 13 und einem Πjucrmagnet-Südpol 14. Ein Spannungsimpuls wird einer Ankerwicklung 1205 zugeführt durch kurzzeitiges Schliessen des Schalters 1207 zur Kopplung des Akkumulators 1209 oder einer anderen Spannungsquelle mit dem selben. Bei der abgebildeten Stellung des Läufers und unter der Annahme, daß die Wicklung 1205 in ihrer Umgebung einen Nordpol erzeugt, wird sich der Läufer durch eine kurze Strecke im Qegen-Uhrzeigersinn bewegen und den Magnetfluß in der Wicklung 1211 verändern in Folge der Bewegung des vom Magneten 13 erzeugten Nordpols in seiner Nähe, wobei in der Wicklung 1201 eine Spannung induziert wird, welche beispielsweise durch ein Galvanometer 1213 gemessen werden kann. Jedes Paar von Motorwicklungen kann dabei für die Zuführung des Prüfimpulses und die Erfassung der induzierten Spannung ausgewählt werden und die Polarität dieser induzierten Spannung gibt eine Anzeige für die Stellung des Läufers. In einigen Fällen können die Ergebnisse dieses Verfahrens mit Prüf impuls zweideutig sein;so erfolgt beispielsweise keine Bewegung des Läufers, wenn sich der richtige Läufermagnet unmittelbar unter der Prüfimpu I swicklung befindet. Die richtige Auswahl

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einer anderen Wicklung und die Zuführung eines zweiten Prüfimpulses wird jedoch solche Zweideutigkeit aufklären.

In der zuvor erörteren Anordnung nach Figur 6 werden Signale für die Lauf er ste I I ung von den Stellungsmessfühlern 43, 44 erzeugt und einer SignaIverarbeitungsscha 11ung 701 zugeführt, welche zur Erzeugung von 4 St e I lung sst euer s i gna I en A, ~k , B und F angeordnet ist, wie sie zur Steuerung der Stromumscha 11ung in den Wicklungen des stationären Ankers benutzt werden. Diese Stellungsmessfühler 43, 44 können gemäß der Offenbarung der Erfindung beseitigt werden, wobei eine geeignete Ausführungsform in Figur 41 abgebildet ist. Ersatzsignale für die Messfühlersignale werden als Ausgangssignale der NAND-Gatter 1043 und 1045 erzeugt und die orthogonal zueinander angeordneten Motorwicklungen für zwei Stufen liefern Eingangssignale zu den Anschlüssen 1047 und 1049. Ein Schieberegister 1051 ist als 4-Bit-Ring zäh I er geschaltet und ergibt eine Identifizierung derjenigen unter den 4 Wicklungen j , b, c oder d, welche gegenwärtig zugeschaltet ist. Die in finer zu diesem Zeitpunkt nicht gerade zugeschalteten Wicklung induzierte Spannung wird dabei erfaßt oder abgetastet durch Befähigung oder Freigabe eines der beiden Schalter 1053 und 1055. Häufig ist dabei die abgetastete Wicklung diejenige Wicklung, welche in der Sequenz als nächste Wicklung zugeschaltet wird. Die abgetastete induzierte Spannung wird durch einen Integrator 1057 integriert und in dem Komparator 1061 mit einer Bezugsspannung 1059 verglichen. Wenn das Integral der Spannung größer ist als die Zugspannung, dann geht der Ausgang des !Comparators auf einen hohen Wert und eine Differenzierschaltung 1063 verschiebt das Schieberegister 1051 um eine Zählstufe auf seine nächste Anzeige. Jede Änderung in der hohen Bit-Stellung des Schieberegisters 1051 wird erfaßt durch NAND-Gatter 1065 und 1067, wodurch über Umkehrstufen (Inverter) 1069 und 1071 und ein weiteres NAND-Gatter 1073 der Univibrator 1075 getriggert wird zur Rückstellung des Integrators 1057 auf seinen Ausgangszustand für den nächsten Integrationszyklus. Durch den Univibrator 1075 wird auch noch ein

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Anfangszustandsi nterva I I eingestellt. Das Intervall ist nicht nur groß genug zur Rückstellung (Rücksetzen) des Integrators 1057; es beseitigt jedoch noch zusätzlich den Einfluß von durch das Umschalten erzeugten vorübergehenden Spannungsspitzen auf die Berechnung und gewährLei st et,daß die induzierte Spannung bei einem Zusammenbrechen des Magnetfeldes in einer abgeschalteten Wicklung nicht in die Berechnung eingeht. Es werden nur zwei Anschlüsse 1047 und 1049 für die Erfassung der Spannung verwendet und es wird nur die Spannung über zwei der vier in Figur 6 dargestellten Wicklungen erfaßt. Um zu gewährleisten, daß jedesmal die gleiche Polarität der Wicklungsspannung erfaßt wird, ist eine Umkehrstufe 1077 zusammen mit abwechselnd freigegebenen Schaltern 1079 und 1081 vorgesehen. Diese letzteren Schalter werden abwechselnd freigegeben durch das Ausgangssignal oder den Ausgangszustand des NAND-Gatters 1043 und der Umkehrstufe 1083. Es ist zu beachten, daß durch eine Änderung der Läuferdrehzahl die Integrationszeit verändert wird. Dies besitzt jedoch keine AuswifKuny auf das Gesamtergebnis und daher ist das Ausgangssigna ι (die Ausgangsspannung) des Integrators repräsentativ für die Lauf er ste I lung oder die gesamte Flußänderung und nicht für die Läuferdrehzahl oder die Änderungsgeschwindigkeit des Magnetflusses.

Die zur Schaltung nach Figur 41 gehörigen Wellenformen sind in Figur 42 abgebildet, wobei der kurze Impuls 1085 für den Anfangszustand (IC) das AnfangszustandssignaI darstellt, welches über die Umkehrstufe 1087 dem Integrator zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Integrators 1057 ist abgebildet für eine richtige oder bevorzugte ''BurstensteI lung*' in der zweiten Wellenform. Eine zu spät bzw. zu früh erfolgte Umschaltung führen andererseits zu den abgebildeten dritten bzw. vierten Wellenformen des Integrators. Aus der Betrachtung der Wellenform ''Umschaltung zu spät'* ist ersichtlich, daß am Integratorausgang der Bezugsspannungswert zeitlich früher erreicht wird als bei dem optimalen Zustand. Dadurch wird selbstverständlich das Schieberegister 1051 früher weiter gezählt und hierdurch wird der Zustand ''Umschaltung zu

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spät*' kompensiert. Das Vorspannungseingangssignal 1089 zum Integrator 1057 wird dabei zugeführt zum Durchschalten in Sequenz, wenn an dem Anschluß 1047 oder 1049 keine Gegen-EMK vorhanden ist, das heißt wenn der Motor stillsteht. Dieses Vorspannungssignal 1089 bewirkt dabei das gleiche Verhalten der Schaltung, wie es bei einem Lauf des Motors mit niedriger Drehzahl in der gewünschten Richtung vorliegen würde, und das Anfahren des Motors wird durch dieses Vorspannungssignal stark begünstigt. Es ist darauf zu beachten daß anstelle einer Erzeugung der Signale A und B, wie sie in den bürstenlosen Motoren des Typs mit Messfühler verwendet wurden, die Ausgangssignale vom Schieberegister 1051 unmittelbar zur Freigabe der Schaltung zum Zuschalten der Wicklung benutzt werden könnten, beispielsweise das Dar I ington-Paar 82, 83 und der Eingangstransistor 81 für jede Wicklung gemäß der Abbildung in Figur 6.

Die Wellenformen nach Figur 42 stellen das Integral der Spannung über einer Wicklung dar, die zu diesem Zeitpunkt nicht zugeschaltet ist jedoch beispielsweise in der Sequenz als nächstes zugeschaltet werden wird. Dagegen stellen die Wellenformen in der Figur 43 den Stromfluß durch eine zugeschaltete Wicklung dar, wobei die obere Wellenform eine Situation mit starker Last oder frühzeitiger Kommutierung darstellt und die unterste Wellenform eine Situation mit geringer Last oder später Kommutierung zeigt. Dabei zeigt die mittlere Wellenform die Wellenform für die optimale ''Bürstenstellung'' oder Kommutierungszeit. Die Wellenform für die richtige Kommutierungszeit entspricht dabei der relativen Lageeinstellung zwischen einer beispielhaften Spule 1091 und der Magnetf lußverteilung 1093 des Läufers, welche gemäß der Abbildung in Figur 44 während ihrer Dauer relativ gleichförmig ist. Wenn sich die Spule der Figur 44 rechts von der in Figur 44 gezeigten Stellung befindet, dann liegt die Situation mit einer starken Last am Läufer oder einer frühzeitigen Umschaltung der Spule 1091 vor und es würde an der Vorderkante (im Anfangsteil) des Stromdurch laßintervaI I s eine Spitzenstromstärke auftreten,

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wie dies in der oberen Wellenform der Figur A3 gezeigt ist, und dies würde dem Ausgangssignal des Integrators entsprechen, wie es in der untersten Wellenform der Figur 42 abgebildet ist. Wie bereits zuvor erwähnt kann ein Ringzähler, der beim Zählen der Eingangssignale einen bestimmten Zustand für eine logische 1 besitzt, welcher sich in einer geordneten Reihenfolge durch einen Ring bewegt vorgesehen werden und kann unmittelbar für die Schaltung zur Freigabe des Umschaltens der Wicklung verwendet werden. Dies geschieht in der Schaltung nach Figur 45, welche einen Motor mit vier Stufen oder vier Wicklungen zeigt, dessen Wicklungen in einer Sequenz 4, 3, 2, 1, 4, 3 usw. zugeschaltet werden. Der Ringzähler 1095 liefert unmittelbar diese Signale (1), (2), (3) und (4) für die Wicklungen und diese Signale werden auch auf Schalter 1097, 1099, 1101 und 1103 in einer Sequenz (2), (3), (4), (1) so zugeführt, daß die Spannung in der als nächstes zuzuschaltenden Wicklung durch den entsprechenden freigegebenen Schalter erfaßt wird. Beispielsweise koppelt der Schalter 1101 die Wicklung No. 3 auf den Verstärker 1105, wenn die vierte Stufe des Ringzählers 1095 das Ausgangssignal (4) liefert. Diese erfaßten Wicklungsspannungen werden durch einen Verstärker 1105 verstärkt und laufen durch einen Einweg-Gleichrichter 107, welcher vorgesehen ist zur Verhinderung einer Sättigung des Integrators während der möglicherweise auftretenden großen negativen Werte des Spannungsintegrals. Diese mit Einweg-Gleichrichtung umgeformten Signale gehen dann durch den Integrator 1109, den Verstärker 1111 und werden in Komparator 1113 mit einer Bezugsspannung 1115 verglichen. Wenn das Integral die Bezugsspannung überschreitet, dann bewirkt ein Univibrator 1117 über die Umkehrstufe 1119 ein Rückstellen des Integrators und über eine Differenzierschaltung 1121 eine Weiterschaltung des Ringzählers 1095 um eine Zäh IzahI.

Das Schaltbild nach.den Figuren 25a und 25b und die in Figur 26 abgebildeten zugehörigen Wellenformen zeigen einen weiteren Lösungsweg für einen Gleichstrommotor mit elektronischer Kommutie-

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rung,bei dem keine Messfühler für die Stellung des Läufers verwendet werden und stattdessen die Gegen-EMK einer nicht zugeschalteten Wicklung erfaßt wird. Dies kann jedoch auch die als nächstes in der Scha 11sequenz freizugebende oder zuzuschaltende Ui ck lung sein.

Bei diesem Lösungsweg wird die EMK jeder Wicklung von einem Nulldurchgangspunkt ausgehend solange integriert, bis eine bestimmte Anzahl von VoItSekunden aufgelaufen ist. Die Integrationsschaltung ignoriert dabei negative Werte der EMK und gestattet eine genaue Steuerung des VoreiIungswinke I s der Kommutierung unabhängig von der Drehzahl des Läufers. Es ist dabei eine An laufunter stützung vorgesehen, um eine Anfangsdrehung des Motors zu gewährleisten. Weitere Steuermöglichkeiten gemäß der nachstehenden Erörterung sind vorgesehen, einschließlich Schutzschaltungen 2ur Unterbindung der Motordrehung während eines Zustandes mit Unterspannung, Überspannung, Unterdrehzahl ur^'oder Verhältnissen mit umgekehrter Spannungspolarität.

Diese Schaltungsanordnung nach den Figuren 25a und 25b kann dabei in Verbindung mit einem Zweiphasen- oder Zweistufen-, Zweipolmotor mit bifilaren Wicklungen für jede Phase verwendet werden, bei dem keine Stellungsmessfühler vorhanden sind; in anderer Hinsicht ist dieser Motor jedoch sehr ähnlich dem in Figur 1 abgebildeten Motor. Weiterhin ist es wichtig, daß diese Art der Anordnung auch mit einem Drei stufenmotor, Vi er stufenmotor und sogar mit einem Motor mit mehr als vier Stufen verwendet werden kann. Der Strom von einem Akkumulator oder einer anderen Gleichspannungsquelle oder einem Gleichspannungsnetzteil wird von dem Anschluß für die Spannung +V auf die einzelnen Wicklungen des Motors gekoppelt durch Transistoren 362 und 364, welche in einer abgewandelten Dar I ington-Scha I tung geschaltet sind, wobei für jede Motorzuleitung ein solches Transistorpaar vorgesehen ist. Einige der bei der logischen Schaltung vorhandenen Erdungsprobleme können vermieden werden, beispielsweise in einem Kühlsystem

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mit Leistungszufuhr von dem Fahrzeugakkumulator, wenn der Anschluß +V mit dem positiven Anschluß des Akkumulators und in Sequenz mit jeder positiven Zuleitung zu Motorwicklungen verbunden wird, wobei alle negativen Zuleitungen zu Wicklungen des Motors miteinander und mit der negativen Seite der Spannungsquelle verbunden sind. Wie zuvor ergeben Rückkopplungsdioden wie die Diode 366 einen Stromleitungsweg in einer Wicklung für die in einer anderen Wicklung gespeicherte Energie in dem Zeitpunkt, in welchem der Strom in dieser anderen Wicklung abgeschaltet wird. Wie zuvor wirkt der Kondensator 368 als eine Senke zur Aufnahme dieser Energie, beispielsweise wenn die Spannungsquelle unabsichtlich unterbrochen wird oder wenn als Spannungsquelle kein Akkumulator verwendet wird. Jede Wicklung und jedes Transistorpaar werden während eines Viertels der Zeitdauer eines Umlaufs des Läufers freigegeben und es kann eine Schutzeinrichtung,beispieIsweise in Form einer Diode 370 ,ent ha I ten sein um einen Schutz gegen unbeabsichtigte Vertauschung der Polarität der Anschlüge zu erhalten. In der abgebildeten Anordnung wird eine Beschädigung der Kommutierung sscha I tung und des Motors verhindert, da ein Stromfluß durch die Diode 370 infolge einer Situation mit vertauschter Polarität ein Ausschalten der Sicherung 372 bewirkt. Die positive Spannung V von der Gleichstromquelle wird neben der Ankopplung an die Motorwicklung in Sequenz auch noch dem Anschluß 374 als Energiequelle für den Ausgangsleistungstransistor, beispielsweise den Transistor 376, zugeführt und weiterhin dem Anschluß 378, wo die Spannung durch einen Filterkreis mit Zener-Diode verarbeitet wird, um am Anschluß 380 eine geregelte Spannung Vr von beispielsweise 8,2 Volt zu erhalten, welche als Spannungsquelle für die Logikbauelemente und die Rechenverstärker dient.

Die Logikscha Itung im allgemeinen arbeitet so, daß sie in Sequenz die Leistungstransistoren, beispielsweise die Transistoren 362 und 364 ,ansteuert und das Steuersignal auslöst, wenn sich die auf dem Läufer befestigten Dauermagnete des Motors in einer optimalen Einstellung relativ zu der einzuschaltenden Wicklung

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befinden. Diese optimale Stellung oder der gewünschte Voreilungswinkel alpha (siehe Figur 3 und die zugehörige Erläuterung in der Beschreibung) wird dabei ermittelt aus der Spannung der Gegen-EMK der als nächstes in der Steuersequenz folgenden Wicklung .

Eine innnerhalb einer gestrichelten Umrandung in Figur 25a eingeschlossene Detektorschaltung 814 ist mit jeder der Wicklungen verbunden und erfaßt im Betrieb die EMK einer bestimmten Wicklung, wobei in dieser bestimmten Ausführungsform die als nächstes zuzuschaltende Wicklung hierfür gewählt ist. Die Detektorschaltung 814 gibt dann die erfaßte EMK-Spannung für diese bestimmte Wicklung an eine Schaltung 816 zur Ermittlung der Lauf er ste I lung weiter, in welcher diese EMK-Spannung verarbeitet und zur Erzeugung eines Ausgangssignals zur Simulierung oder Nachbildung der relativen Stellung verwendet wird, welches die relative Stellung des I aufers und des Ankers des Motors simuliert oder anzeigt. In dieser bestimmten Ausführungsform besitzt dieses Ausgangssignal zur Nachbildung der relativen Stellung die Form von Impulsen. Dabei ist die Folgefrequenz der Impulse oder der zeitliche Ablauf des Auftretens der Impulse eine Anzeige für die relative Stellung von Läufer und Anker. Zur Auswahl der als nächstes einzuschaltenden Wicklung gemäß dem Ausgangssignal für die relative Stellung verarbeitet eine Schaltung 818 das empfangene Stellungssignal in einer Index- oder Sequenzanordnung zur Erzeugung eines Ausgangssignals für die Triggerung der Zuschaltung dieser bestimmten Wicklung. Das Ausgangssignal für die relative Stellung und das Ausgangssignal der letztgenannten Schaltung bewirken auch eine Auswahl oder das Zuschalten einer weiteren Wicklung durch die Detektorschaltung zwecks Erfassung der EMK-Spannung; in dieser Ausführungsform ist dies die Wicklung, welche in der Schaltsequenz als nächstes zugeschaltet werden soll. Die EMK-Spannung von dieser weiteren Wicklung wird ebenfalls umgeformt und verarbeitet durch die Schaltung zur Ermittlung der Stellung um die optimale Einstellung oder den gewünschten VoreilungswinkeI für

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die Zuschaltung dieser weiteren Wicklung zu erhalten. Daraufhin wird dann ein weiteres Ausgangssignal als Nachbildung der relativen Stellung erzeugt und der Schaltungsanordnung zugeführt. Die Schaltungsanordnung wird erneut die UmschaItsequenz um einen Schritt weiter führen und bewirkt das Abschalten der zuvor zugeschalteten Wicklung, die Zuschaltung dieser anderen Wicklung und die Umschaltung der Detektorschaltung auf eine weitere Wicklung. Dieser Betriebsablauf wird dabei während des Betriebs des Motors ständig fortgesetzt, wobei die EMK-Spannung jeder Wicklung selektiv erfaßt und zur selektiven Zuschaltung jeder Wicklung verwendet wird.

Im einzelnen enthält die Schaltung zur Ermittlung der relativen Lage nach Figur 25a einen Rechen verstärker 382, welcher eine Integration dieser Spannung entsprechend der Gegen-EMK vornimmt. Wenn diese integrierte Spannung einen Bezugswert oder eine vorbestimmte Zahl von Voltsekunden erreicht, dann wird ein Ausgangssignal entsprechend der simulierten relativen Stellung erzeugt und bewirkt eine Zustandsänderung in den nachfolgenden logischen Teilen der Schaltung und eine Weiterschaltung auf den nächst folgenden Vorgang zur Einschaltung einer Wicklung. In diesem Ablauf wird das Ansteuersigna I zu dem eingeschalteten Transistor von den Steuertransistoren, beispielsweise dem Transistor 376, weggenommen und umgeschaltet auf das nächste zuzuschaltende Darlington-Paar oder den nächsten Ausgangstransistor. Zur Erfassung der EMK-Spannung der Wicklungen und damit zur Steuerung ihrer Zuscha Itsequenz sind die Motorzuleitungen 384, 386, 388 und 390 ganz rechts in der Figur 25b mit den gleich bezifferten Anschlüssen auf der linken Seite der Figur 25a verbunden zur Abtastung der EMK-Spannung der Wicklungen in Sequenz mit Hilfe der Schalter 392, 394, 396 und 398 der Detektorschaltung. Diese Schalter werden in Sequenz durch NOR-Gatter freigegeben, beispielsweise das Gatter 400, die als Eingangssignal das Signal für die simulierte relative Stellung und das Ausgangssignal von der vorgenannten Schaltungsanordnung erhalten, wobei diese

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NOR-Gatter mit den Schattern über die Anschlüsse 402, 404, 406 und 408 verbunden sind- Wenn jedoch die dem Motor zugeführte Spannung außerhalb eines vorbestimmten Spannungsbereichs liegt oder die Motordrehzahl unter einer vorbestimmten Mindestdrehzahl liegt, dann wird die Zuschaltung der Wicklung verhindert und dadurch der weitere Motorlauf verhindert. Eine Unterspannungsschaltung 820 und eine Überspannungsschaltung 822 sind vorgesehen und besitzen als Kernstück jeweils einen Rechenverstärker 410 bzw. 412. Diese Schaltungen 820 und 822 gewährleisten, daß die am Motor zugeführte Spannung nicht unter einen vorbestimmten Mindestwert absinkt und nicht einen vorbestimmten Höchstwert übersteigt. Eine Unterdrehzah I scha Itung 824 besitzt als wesentliche Teile die Rechenverstärker 414 und logischen Umkehrgatter 416, 418 und 420 und gewähr I ei stetjdaß der Motor stets oberhalb einer vorbestimmten Mindestdrehzahl betrieben wird. Diese Schaltungen bewirken im Falle eines Defektes, das heißt einer Verletzung der vorgenannten vorbestimmten Grenzwerte ein Umschalten des Transistors 4?2 in den gesperrten Zustand und dadurch wird der Γ reigäbestromf luß in den Ausgangsleistungstransistoren, beispielsweise dem Transistor 376, verhindert und daher kann kein Strom zur Magnetisierung der Wicklung durch die Ausgangstransistoren fließen, beispielsweise durch die Transistoren 362 und 364.

Um das Ausgangssignal zur Anzeige der relativen Lage von Läufer und Anker zu erzeugen, wenn der Rechen verstärker 382 die EMK-Spannung auf einen vorbestimmten Bezugswert integriert hat, ist die Schaltung zur Bestimmung der Stellung mit umkehrenden Gattern 442 und 444 ausgestattet, welche durch eine Rückkopplung miteinander gekoppelt sind zur Bildung einer Schmitt-Trigger-Schaltung, und welche mit NAND-Gattern 446 und 448 verbunden sind, die ihrerseits zur Bildung eines Monovibra tors geschaltet sind. Das Ausgangssignal des Honovibra tors läuft durch ein umkehrendes NAND-Gatter 450 und in ein Paar Flip-Flops 452 und 454 zur Erzeugung von Signalen 01 und Q2 zusammen mit den komplementären Signalen. Diese Signals werden durch einen ersten Decoder miteinan-

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der verknüpft, welcher vier NAND-Gatter wie das Gatter 456 umfaßt, und einen zweiten Decoder, der vier NOR-Gatter wie das Gatter 400 enthält. Die NAND-Gatter können dabei Gatter des Typs CD4011 sein und die NOR-Gatter können Gatter des Typs CD4001 sein. Die verknüpften Umkehrstufen 416 und 418, welche die Schmitt-Trigger-Schaltung bilden, können in ähnlicher Weise Schaltungen des Typs CD401 sein und die Umkehr stufen, beispielsweise die Stufe 458, können aus Bauelementen des Typs CD4O49 bestehen.

Die Wellenformen nach Figur 26 zeigen den stationären Zustand oder den Laufbetrieb der Schaltung nach den Figuren 25a und 25b, wobei rechts neben den Wellenformen entsprechende Bezugsziffern die Leitung in der Schaltzeichnung bezeichnen, auf der diese Wellenformen auftreten. Oben in der Figur 26 sind zu einem gewissen Grade idealisierte Kurven für die Gegen-EMK der Motorwicklung abgebildet und die Aufgabe der Schaltung besteht in einer Kommutierung mit einer vorbestimmten Größe der Voreilung, das heißt in der Umschaltung von einer Wicklung zu nächsten, wenn sich der Läufermagnet innerhalb 10 bis 15 elektrischen Graden vor der Stellung mit vollständiger Kopplung mit der einzuschaltenden Wicklung befindet. Dieser EinschaItzeitpunkt ist in Figur 26 als Zeitpunkt oder Punkt A dargestellt. Dieser Triggerpunkt wird bestimmt durch die Integration der Gegen-EMK in dem Verstärker 382 beginnend mit dem Punkt B, welcher den Nulldurchgangspunkt für die Gegen-EMK darstellt. Die Spannung wird während einer Zeitperiode integriert und ist ein Maß für die Flußänderung und ist nicht eine Funktion der Motordrehzahl. Wenn diese Integration abgeschlossen ist und der Triggerpunkt A erreicht ist, dann wird der Schmitt-Trigger-Ausgang 428 betätigt oder durchgeschaltet. Diesem Integrationsintervall zwischen den Punkten B und A geht eine Rückstellperiode von 2 Millisekunden in dieser Ausführungsform voraus, und während dieser Zeit wird der Kondensator 460 wieder auf eine Bezugsspannung aufgeladen, welche beispielsweise 6,8 Vol,t betragen kann und durch die Zener-Diode 462 bestimmt ist. Der Integration geht auch noch ein weiteres Zeitintervall mit einer Dauer voraus, welche

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durch die Motordrehzaht und durch das Zeitintervall bestimmt ist, in dem die Gegen-EMK negativ ist. Die Zener-Diode bewirkt dabei eine Veränderung der Integration der negativen EMK-Spannung, so daß das Integrationsintervall beim Nulldurchgangspunkt der EMK-Spannung oder an dem Punkt B gemäß der Abbildung in Figur beginnt. Der Triggerpunkt für die Schmitt-Trigger-Schaltung ist durch das Potentiometer 464 einstellbar.

Die Integration ausgehend vom Zeitpunkt B oder dem Nulldurchgangspunkt unterstützt das anfängliche Starten des Motors und gewährleistet eine genaue Steuerung des Voreilungswinke I s der Kommutierung unabhängig von der Drehzahl des Läufers. Das anfängliche Starten wird dadurch unterstützt, daß eine Rück wärts laufrichtung des Motors eine EMK-Spannung mit einer relativ großen positiven Polarität erzeugt. Daher wird dann die Integration schnell beendet und dies bewirkt ein schnelles Umschalten auf eine nächste Wicklung in der gewünschten Scha 11sequenz. Dieses Umschalten in der gewünschten Sequenz bewirkt die Erzeugung eines umlaufenden Magnetfeldes durch die Wicklungen in der gewünschten Richtung für die richtige Drehrichtung. Diese Integration und das schnelle Umschalten wird so lange fortgesetzt, bis sich der Motor in der richtigen Laufrichtung dreht und zum richtigen Zeitpunkt kommutiert wird. Weiterhin werden negative EMK-Spannungen nicht beachtet und daher beginnt die Integration nicht gleichzeitig mit dem Weiterschalten der Detektorschaltung. Wenn daher zur Unterdrückung von Störsignalen (Rauschen) und von vorübergehenden ,'durch das Umschalten erzeugten Spannungen und/oder von Spannungen durch das Rückstellen der Integrationsschaltung eine feste Verzögerung benötigt wird, dann tritt diese Verzögerung während der negativen EMK auf und bewirkt daher keine Schwankung des VoreilungswinkeIs mit der Drehzahl des Motors.

Das Ausgangssignal des Schmitt-Triggers betätigt den Univibrator und dieser liefert eine Zustandsänderung an seinem Ausgang während eines ZeitintervaI I s von beispielsweise 2 Millisekunden,

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welches durch den bestimmten Wert des Kondensators 466 festgelegt ist. Durch diese Ausgangszustandsänderung wird eine Vorrichtung betätigt, welche zur Rückstellung des EMK-Spannungsintegrators vorgesehen ist. In der abgebildeten Anordnung umfaßt die Rückstellvorrichtung oder Rück setzvorrichtung das NAND-Gatter 468 und die Schalter 470 und 472. Dabei spricht das NAND-Gatter 468 auf das Ausgangssignal des Univibrators an unter Einschaltung der Schalter 470 und 472 zum Rückstellen des Rechenverstärkers 382. Das Ausgangssignal des Univibrators wird auch noch in dem NAND-Gatter 450 umgekehrt zur Erzeugung des Ausgangssignals für die simulierte relative Stellung. Dieses wird durch die Flip-Flops 452 und 454 weiterverarbeitet zur Erzeugung von Signalen, welche geeignet sind zur Einschaltung der Darlington-Leistungstransistoren in Sequenz. Das NAND-Gatter 468 unterstützt auch noch das Anlaufen des Motors, da beim ersten Zuschalten des Motors und der Schaltung der Kondensator 450 entladen wird und der Univibrator ein hohes Ausgangssignal auf der Leitung 430 besitzt und normalerweise bis zum Aufladen des Kondensators 450 und der Beendigung eines Integrationszyklus auf diesem hohen Ausgangssignal bleibt. Der Ausgang des Schmitt-Triggers ist dagegen zunächst auf einem niedrigen Wert und dieses Ausgangssignal bleibt lange genug auf dem niedrigen Wert, so daß ein hohes Ausgangssignal vom NAND-Gatter 468 die Schalter 470 und 472 einschalten kann zur Rückstellung oder Aufladung des Kondensators 460.

Nach dem der Kondensator 460 aufgeladen oder rückgestellt ist, ist die Schaltung zur Ermittlung der Stellung bereit zur Aufnahme von EMK-Spannungssignalen von der Detektorschaltung. Zur Auswahl der Wicklungen, an denen die Spannung gemessen werden soll, in Sequenz sind NOR-Gatter wie das Gatter 400 vorgesehen zur Betätigung der elektronischen Schalter (beispielsweise der Schalter 392) in Sequenz zum Durchlassen oder Durchschalten der Gegen-EMK-Spannung von den einzelnen Wicklungen zu dem Rechenverstärker 482. Wie bereits zuvor erwähnt wird diese Durchschaltung in Sequenz während eines Zeitinterva11s von 2 Millisekunden

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verzögert, wie dies in den abgebildeten Wellenformen 402, 404, 406 und 408 gezeigt ist, um eine erneute Aufladung des Kondensators 460 zuzulassen.

Beim Anfahren des Motors kann die von der Detektorschaltung erfaßte Gegen-EMK-Spannung Null sein und es kann daher vorkommen, daß keine zeitliche Integration der Spannung in dem Rechenverstärker der Schaltung zur Ermittlung der Stellung erfolgt, wenn nicht eine Vorrichtung zur Unterstützung des Anfahrens vorhanden ist. Diese Vorrichtung erzeugt dann ein charakteristisches Signal, das einem EMK-Zustand des Motors bei niedriger Motordrehzahl entspricht, wobei diese EMK eine bedeutend geringere Amplitude besitzt als die vom Motor bei seiner vollen Betriebsdrehzahl erzeugte EMK-Spannung. In der abgebildeten Anordnung umfaßt diese Anfahrunterstützung eine über dem Widerstand 474 erzeugte Vorspannung, welche ein Gegen-EMK-SignaI für niedrige Drehzahl simuliert und ein kontinuierliches Durchschalten des Uniνibra tor systems mit rückgekoppelten Rechenverstärker gewäh; leistet (Schmitt-Trigger). In der bestimmten gezeigten Anordnung wurde der Widerstand 474 ausgewählt zur Erzeugung einer Vorspannung, welche einen Zyklus mit einer Ablaufgeschwindigkeit entsprechend 400 Umdrehungen pro Minute für den Motor erzeugt, wobei dann die übrige Schaltung entsprechend anspricht und eine Durchschaltung der Motorwicklungen in Sequenz in der gewünschten Drehrichtung vornimmt. Der Wert des Widerstandes 474 und die Vorspannung zur Unterstützung des Anfahrens kann dabei verschieden sein in Abhängigkeit von dem Drehmoment und der Trägheit, welche vom Motor beim Anfahren zur Drehung des Läuters überwunden werden müssen. Beispielsweise wird bei großer Trägheit eine niedrige Vorspannung bevorzugt. Daher wird der Motor langsam Anfahren und die dadurch erzeugte EMK-Spannung wird nicht von der niedrigen Vorspannung überdeckt. Wenn die Trägheit gering ist, dann kann eine etwas größere Vorspannung verwendet werden und dadurch wird die Stromstärke in den Leistungstransistoren dadurch verringert, daß eine schnellere Umschaltung zur nächsten zuzuschaltenden Wicklung

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erfolgt. Die Vorspannung wird nicht benötigt, wenn andere Einrichtungen zur Gewährleistung einer Anfangsdrehung des Läufers vorgesehen sind- Wenn beispielsweise der Motor in einer Reihenanordnung oder nacheinander geschalteten Anordnung von Motoren Verwendet wird und er der zweite oder ein nachfolgender Motor in der Anordnung ist, dann ist eine Anfangsdrehung stets gewährleistet und damit ist die Notwendigkeit für irgendwelche weiteren Starthilfen beseitigt. Wenn der Läufer einmal in Drehung ist, dann überwiegen die Signale entsprechend der Gegen-EMK und der Motor läuft in der beschriebenen Weise weiter. Im Falle eines Anlaufs des Läufers mit Drehung in der falschen Richtung wird eine fortgesetzte fehlerhafte Drehung oder eine Schwingbewegung verhindert da gemäß der vorstehenden Erläuterung das Gegen-EMK-Signa I eine sehr rasche Integration bewirkt und die nächste Wicklung in der richtigen Laufrichtung rasch eingeschaltet wird.

Es ist daher ersichtlich, daß vorstehend eine Methode zur Messung der Flußänderung beschrieben wurde und die auf diese Weise erhaltenen Signale zur Steuerung der Kommutierung mit einer vorgeschriebenen Größe der Voreilung benutzt werden. Der gleiche Zweck oder die gleiche Funktion kann jedoch auch erreicht werden durch Schaltungen, welche andere Scha Itungst ei Ie als einen Integrator verwenden. Beispielsweise kann ein spannungsgesteuerter Oszillator und ein Zähler verwendet werden zur Messung der Flußänderung in einem vorbestimmten Zeitintervall, wobei dann der Oszillator auf das positive EMK-SpannungssignaI von der Detektorschaltung anspricht und Ausgangsimpulse mit einer Frequenz proportional zur EMK-Spannung erzeugt. Diese Impulse können ihrerseits durch einen Zähler solange gezählt werden, bis eine vorbestimmte Zählzahl aufgelaufen ist, welche repräsentativ ist für eine vorbestimmte Zahl von Volt-Sekunden. Daraufhin erzeugt dann der Zähler ein Ausgangssignal zur Weiterschaltung der Flip-Flops 452 und 454 zur Erzeugung von geeigneten Signalen zur Einschaltung des Darlington-Leistungstransistors in Sequenz. Nach der Erzeugung dieses Ausgangssignals würde dann der Zähler automatisch rückgestellt und

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wäre dann bereit zur Wiederholung des Zählvorgangs für die nächste zu überwachende Wicklung. Als Unterstützung beim Anfahren des Motors kann der Oszillator eingestellt werden auf die Erzeugung von Ausgangsimpu I en mit einer Frequenz entsprechend einer vorgegebenen Mindestdrehzahl des Läufers, wie dies bei den Oszillatoren in den Schaltungen nach Figur 16 und 18 vorgesehen ist. Der vorstehend beschriebene Lösungsweg würde nicht nur den Integrator beseitigen ,sondern auch die Notwendigkeit für den Schmitt-Trigger, den Univibrator und den Rück ste I I tei I der Schaltung beseitigen, in welcher der Kondensator 460 auf einen Anfangswert aufgeladen wird.

Ein weiterer Lösungsweg unter Verwendung eines Rechners oder eines Mikroprozessors kann verwendet werden zur Messung der Flußänderung durch Probemessung der EMK-Spannung in vorbestimmten ZeitintervaI I en, beispielsweise während einer Millisekunde, und durch Aufsammlung eines Gesamtwertes bis eine vorbestimmte Gesamtzahl von Volt-Sekunden erreicht ist. Daraufhin kann dann ein Ausgangssignal erzeugt werden zum Weiterscha 11en der Flip-Flops 452 und 454 zur Erzeugung geeigneter Signale zum Einschalten der Dar Iington-Leistungstransistoren in Sequenz.Weiterhin könnte der Rechner oder der Mikroprozessor auch so programmiert werden, daß er die Decodierung so durchführt, daß Ausgangssignale erzeugt werden können zur direkten Einschaltung der Leistungstransistoren zur Zuschaltung der Motorwicklungen in Sequenz.

Obwohl in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen Dar Ungton-Scha I tungen für die Leistungstransistoren zur Durchführung der Leistungsumscha I tung an den Wicklungen verwendet wurden, wird der Fachmann erkennen, daß auch andere Arten der Umschaltung verwendet werden können. Beispielsweise können gesteuerte Si Hziumgleiehrichter (SCR) oder Thyristoren verwendet werden. Dabei wird dann eine Anordnung zur Rückstellung des die Zuschaltung einer bestimmten Wicklung steuernden Thyristors vorgesehen, wenn die Schaltung ein Ausgangssignal zur Zuschaltung einer

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nächsten Wicklung in der Scha 11sequenz erzeugt. Weiterhin können in bestimmten begrenzten Anwendungsfällen Relais zur Schaltung der Leistung auf die Wicklungen verwendet werden.

Wie bereits zuvor bemerkt wird die Zuschaltung der Wicklung verhindert und dadurch ein weiterer Motorbetrieb verhindert, wenn die dem Motor zugeführte Spannung außerhalb eines bestimmten Spannungsbereichs liegt oder die Motordrehzahl unter einem vorbestimmten Mindestwert der Drehzahl liegt. Es wurde auch festgestellt, daß solche Transistoren wie der Transistor 376 auf die vom Gatter 458 oder ähnlichen Gattern in Sequenz erzeugten Signale nur dann ansprechen, wenn der Transistor 422 Strom durchläßt. Dieser Transistor 422 wird jedoch solange Strom durchlassen, wie die Kathoden der Dioden 476, 478, 480 und 482 alle auf der Bezugsspannung V_r liegen, und der Stromfluß durch den Widerstand 484 ist praktisch gleich der Summe des Basis-Emitterstroms im Transistor 422 und des Stromflusses im Widerstand 486. Eine Erdung oder Absenkung des Potentials am Anschluß 488 wird daher den Transistor 422 sperren und andererseits wird eine Anhebung dieser Spannung auf die Bezugsspannung V_r oder darüber unter normalen Verhältnissen einen Stromdurchlaß im Transistor 422 gestatten. Wenn die Ausgangsspannung der Rechenverstärker 410 und 412 der Unterspannungsschaltung bzw. der Überspannungsschaltung niedrig ist, dann wird der Transistor 422 normalerweise Strom durchlassen. Beide Rechenverstärker 410 und 412 vergleichen die am Anschluß 490 zugeführte Batteriespannung V mit der durch Zener-Diode geregelten Bezugsspannung am Anschluß 492. Die Bezugsspannung wird jedoch dem negativen Anschluß des Verstärkers 410 der Unterspannungsschaltung zugeführt und daher wird das Ausgangssignal dieses Verstärkers solange niedrig sein, wie der Bruchteil der an seinem negativen Anschluß zugehörten Batteriespannung größer ist als der Anteil der an seinem positiven Anschluß zugehörten Bezugsspannung, wobei dieser Anteil durch die Einstellung des Potentiometers 494 bestimmt wird. Daher besitzt der Rechenverstärker 410 solange ein hohes Ausgangssignal, wie beispiels-

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weise die Batteriespannung oberhalb 10,5 Volt liegt, und arbeitet daher als Detektor für Unterspannung oder für niedrige Spannung. Der Rechenverstärker 412 ist in ähnlicher Weise eingestellt durch die entsprechende Wahl von Spannungsteilerwiderständen und besitzt solange ein hohes Ausgangssignal, wie die Batteriespannung beispielsweise unterhalb 16 Volt, liegt und daher arbeitet dieser Rechenverstärker als Detektor für überspannung oder für hohe Spannung. Der Kondensator 496 ist vorgesehen für Ausfilterung von vorübergehenden Spannungsstössen und Störwellenformen von einem Ba11erie ladegerät, um eine falsche Anzeige von Unterspannungen oder Überspannungen zu verhindern.

Es können noch zahlreiche weitere St euer funktionen ausgeführt werden unter Verwendung der Steuerschaltung für einen elektronisch kommutierten Motor nach den Figuren 25a und 25b. Dabei werden mit der Basis des Transistors 422 weitere Dioden verbunden zur Ableitung des Freigabestroms dieses Transistors, wenn die Diode zum Stromdurchlass vorgespannt ist. Dadurch werden dann die Transistoren 476 und damit die Transistorpaare zur Zuschaltung der Wicklung gesperrt. Beispielsweise bewirkt eine Unterdrehzah I scha I tung nach den Figuren 25a und 25b, welche mit der Diode 482 verbunden ist, eine Abtrennung der Wicklungen, wenn aus irgendeinem Grunde der Motor mit einer übermäßig niedrigen Drehzahl läuft. Das Ausgangssignal des Gatters 450 ist eine mit der Motordrehzahl veränderliche Rechteckwelle, welche bei normaler Laufdrehzahl des Motors etwa während der Hälfte der Zeitdauer eingeschaltet ist. In dieser besonderen Ausführungsform betrug die Drehzahl für den Normallauf etwa 3600 Umdrehungen pro Minute und das Ausgangssignal des Gatters 450 war eine Rechteckwelle mit einer Frequenz von etwa 240 Hz. Dieses Signal wird durch den Widerstand 498 und den Kondensator 500 gefiltert und anschließend durch den Verstärker 414 verstärkt und erneut durch den Widerstand 502 und den Kondensator 504 gefiltert. Die erhaltende Gleichspannung ist praktisch proportional zur Drehzahl und wird als Spannung auf dem Kondensator 506 gespeichert. Solange diese Spannung auf oder über dem Wert

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entsprechend einer vorbestimmten Mindestdrehzahl liegt, beispielsweise in der abgebildeten Anordnung 2500 Umdrehungen pro Minute, bleibt der Ausgang des Schmitt-Triggers bestehend aus den Verstärkern 416 und 418 hoch. Die Eichung dieser Spannung oder die Einstellung des Mindestdrehzahlwertes kann erreicht werden durch Einstellung des Potentiometers 508. Wenn die Motordrehzahl zu niedrig wird, ändert der Schmitt-Trigger seinen Ausgang auf einen niedrigen Zustand und gestattet damit den Stromfluß durch die Diode 482 und liefert gleichzeitig ein hohes Ausgangssignal vom Verstärker 420 zur Aufladung des Kondensators 506. Die Zeitkonstante für den Kondensator 506 und den Widerstand 510 zusammen mit der Hysterese der Schmitt-Trigger-Schaltung 416, 418 bestimmt eine RücksteI Izeit für die Schaltung, und diese kann mehrere Minuten betragen, beispielsweise 4 bis 5 Minuten.

Beim anfänglichen Anfahren des Motors müssen diese 4 bis 5 Minuten verstreichen, bevor das Anfahren erfolgt. Der Kondensator 504 behält typischerweise seine Ladung ausreichend lange für den normalen EIN-AUS Betriebszyklus, wie er beispielsweise bei einem Motor für ein Kühlgerät vorliegt. Wenn jedoch ein erneutes Anfahren vorgenommen wird und beispielsweise die Drehzahl von 2500 Umdrehungen pro Minute nicht innerhalb von etwa 3 bis 5 Sekunden erreicht wird, entsprechend der Zeitkonstante des Kondensators 506 und des Widerstandes 512, dann wird dieser Anfahrvorgang abgebrochen und es wird vor einem neuen Anfahrversuch die Verzögerungszeit von 5 Minuten zur Aufladung des Kondensators 506 begonnen. Die relativ lange Aufladezeit für den Kondensator 506 und die relativ kurze Entladezeit ist selbstverständlich zurückzuführen auf das Vorhandensein der Diode 514 und den wesentlich geringeren Widerstand des Widerstandes 512 im Vergleich mit dem Widerstand 510.

In den beispielhaften Umgebungsbedingungen einer Kühlung oder eines Eisschranks für ein Fahrzeug würde typischerweise ein Kondensor-Kühl ventila tor über die Diode 516 gekoppelt sein und diese

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Diode würde die in derinduktivitat des Ventilatormotors gespeicherte Energie leiten. Unter anderen Umgebungsverhältnissen ohne einen solchen Ventilatormotor würde anstelle der Diode 516 ein Widerstand eingefügt werden. Dioden 518 sind vorgesehen um einen zusätzlichen geringen Spannungsabfall an der Basis des Transistors 422 zu erhalten, da in der Praxis die niedrigen Ausgangswerte solcher Verstärker 410 und 412 nicht genau Null sein können.

Wie bereits zuvor erwähnt macht die Tatsache, daß der erfindungsgemäße bürstenlose Gleichstrommotor durch Rechteckwellenformen betätigt werden kann, welche durch eine logische Schaltung verarbeitet werden, eine Anzahl von Motor steuerungsausführungsformen möglich, welche digitale Steuerverfahren verwenden. Ein besonders einzigartiger digitaler Anwendungsfall des elektronisch kommutierten Motors gemäß der Erfindung ist in Figur 27 abgebildet und kann beispielsweise verwendet werden für die Bewegung und die genaue Einstellung eines linear beweglichen Elementes. Der bürstenlose Gleichstrommotor 520 besitzt Messfühler 522 für die Stellung des Läufers und für diesen Anwendungsfall wurde ein 6-Pol-Motor mit Dauermagneten des Typs GECOR (Kobalt-Samarium) verwendet um die Erfordernisse bezüglich der niedrigen Betriebsdrehzahl und der Abmessungen zu erfüllen. Ebenfalls werden in dieser besonderen Ausführungsform elektromagnetische Messfühler verwendet und die Erregerquelle von 20 kHz liefert ein Signal für die Erregerspulen dieses Signalmessfühlers. Bei diesem Anwendungsfa I I mit einem linear beweglichen Element verschiebt der Motor 520 mit Hilfe einer Leitspindel das Element und eine genaue Steuerung des Motors ergibt eine genaue Lageeinstellung des Elementes. Die Verwendung des Gleichstrommotors gemäß der Erfindung besitzt viele Vorteile gegenüber den bekannten Anordnungen zur linearen Verschiebung von Elementen, da die typischen Getriebekasten und Bremsen und Sicherheitskupplungen beseitigt werden und das Verriegelung sdrehmoment des Motors als Haltebremse dienen kann. Weiterhin ist das System in einzigartiger Weise geeignet zum Batteriebetrieb und kann leicht durch einen Prozeßrechner gesteuert

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werden, welcher dann die Kommandos Vorwärtsbewegung, Rückwärtsbewegung, schrittweise Bewegung oder Bremsen erzeugt.

Diese Messfühler 522 sind selbstverständlich räumlich in dem Motor 520 untergebracht und die stationären Erregerspulen und Aufnahmespulen oder Tonkopfspu I en werden in Sequenz miteinander gekoppelt und entkoppelt durch eine um lauf ende, iη Segmente unterteilte Scheibe oder Verschluß, welche auf der Läuferwelle des Motors befestigt ist. Die Er regerspu I en werden durch die Erregerstromquelle 524 von 20 kHz betrieben und die Signale der Aufnehmerspule in dem Decoder 526 weitervprarbeitet zur Erzeugung gleichförmiger Rechteck spannungen für die anschließende Verarbeitung. Das Ausgangssignal der Schaltung 526 zur Decodierung der Messfühlersignale wird der logischen Schaltung 528 für schrittweise Weiterschaltung, der logischen Schaltung für den Zähler einschließlich der Vorwärtslauf-Rückwärtslauf-Messfühlerlogik 530 und einem Stellungszähler 532 zugeführt, wobei die Inhalte aller dieser Zähler digital an der Anzeigetafel 534 wiedergegeben werden können unter Verwendung von typischen Anzeigeeinheiten, mit 7 Segmenten. Die logische Schaltung 528 ist mit einer logischen Schaltungsanordnung ausgestattet, welche die normale Kommutierung oder Zuschaltung einer nächsten Wicklung in der Sequenz hemmt und damit eine fortgesetzte Stromzufuhr zur gleichen Wicklung solange bewirkt, bis der Läufer sich weiterbewegt in eine Stellung, in welcher das Drehmoment pro Ampere Stromstärke Null ist. Der Läufer bleibt in dieser Stellung solange, bis ein Signal geliefert wird, welches die Kommutierung der nächsten Wicklung in der Scha Itsequenz bewirkt, welche wiederum einen weiteren Schaltschritt in der vorstehend beschriebenen Weise herbeiführt. Das Ausgangssignal der Messfühlersignal-Decoderschaltung 526 wird auch noch der Betriebsartsteuerschaltung 536 zugeführt, welche die Kommandosignale für Vorwärtslauf, Rückwärts lauf , schrittweise Vorschub und anderer Kommandos auswertet und diese Kommandosignale in Beziehung zu den Messfühlersignalen setzt, um diese Information in vier logischen Gattern oder Verknüpfungsgliedern

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zusammenzufügen. Es ist ein Gatter für jeden der vier Transistor-Leistungsschalter vorgesehen und zu jedem gegebenen Zeitpunkt besitzt nur eines dieser Gatter ein hohes Signal am Ausgang. Diese Ausgangssignale werden in einem weiterem Satz von Gattern abgewandelt, welche noch die Kommandos für Motorlauf und Motorstop und auch noch die Information zur Begrenzung der Stromstärke erhalten. Die Strombegrenzung wird ausgeführt mit einem Verfahren mit Impulsbreitenmodulation und das Ausgangssignal dieser letztgenannten Gatter wird in den zwei Stufen der Transistortreiber verstärkt, welche ihrerseits den Basissteuerstrom an die Transistor lei stung sscha I t er 538 und 540 liefern. Die Motor st rom stärke kann bei 542 erfaßt werden und wenn diese Stromstärke zu groß ist, dann werden die Gatter in der Impu I sformerscha I tung 544 während einer kurzen Zeitdauer gesperrt, beispielsweise für 500 Mik~ rosekunden, um die Netzspannungszufuhr und die Treiberschaltung 544 während einer gleichen Zeitdauer zu sperren, so daß die Motorstromstärke zu einem gewissen Maße abklingen kann. Selbstverständlich wird durch Begrenzung der Stromstärke auf einen Maximalwert das von der Stromstärke abhängige Ausgangsdrehmoment des Motors ebenfalls auf einen Maximalwert beschränkt oder gesteuert mit Hilfe dieser vorstehend beschriebenen Anordnung. Eine Drehmomentsteuerung kann unter gewissen Umständen erwünscht sein zum Schutz des von dem Motor angetriebenen mechanischen Systems.

Vorstehend wurde die Erfindung an Hand verschiedener Ausführungsformen und bevorzugter Formen dargestellt und beschrieben. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt wird dabei die Einweg-Brückenanordnung unter Verwendung von bifilaren Wicklungen in Motoren mit zwei Wicklungen und monofilaren Wicklungen in Motoren mit mehr als zwei Wicklungen als die günstigere Form erachtet im Vergleich mit einer Zweiweg-Brückenanordnung und einer monofilaren Wicklung.

Der Grund hierfür besteht darin, daß für die Einweg-Brückenschaltung weniger Transistoren benötigt werden und daher die Kosten geringer sind, obwohl sich dabei eine weniger wirksame Ausnutzung

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des Wicklungsmaterials ergibt (beispielsweise des Kupfers oder Aluminiums). Wenn andererseits sich die relativen Kosten der Transistoren einerseits und des Wicklungsmaterials andererseits zu Gunsten der Festkörperbauelemente ändern, dann wird die monofilare Wicklung mit Zweiweg-BrückenschaItung bevorzugt.

Bei beiden Lösungswegen ist es eindeutig zu bevorzugen, eine Energiespeichereinrichtung vorzusehen (beispielsweise eine der vorstehend beschriebenen Energiespeicherungen), die nicht nur zum Schutz der Ausgangstransistoren sondern auch zur Verbesserung des Wirkungsgrades bezüglich der Energieausnutzung geeignet ist.

Bei beiden Lösungswegen können selbstverständlich Verfahren angewendet werden, welche andere Aspekte der Erfindung beinhalten. Zusammenfassend betreffen diese Verfahren selbstverständlich die Herstellung von bürstenlosen Gleichstrommotoren (unabhängig davon, ob sie elektronisch kommutierte Motoren oder nicht sind) und umfassen: die Wahl von Kerntypen wie sie für Wechse I spannung sinduktionsmotoren verwendet werden, die Herstellung von verteilten Wicklungen in den Nuten solcher- Kerne mit Hilfe von vorhandenen Anlagen für die Herstellung von WechseI spannung sinduktionsmotoren zur Bildung von gewickelten Ständern und der Zusammenbau solcher Anordnungen mit Ständerwicklung mit Läufern mit Dauermagnet.

Die einzelnen Windungen der Wicklung können in einer Spulenaufnehmervorrichtung gewickelt und hergestellt werden (entweder gleichzeitig oder nacheinander) und dann axial in die axial verlaufenden Kernnuten eingeführt werden (entweder unmittelbar von der Spulenaufnehmervorrichtung oder von einem Werkzeug zur axialen Einführung, auf welches die Windungen der Wicklung von der Spulenaufnehmervorrichtung übertragen werden).

Es ist zu beachten, daß die vorstehend zusammenfassend kurz beschriebenen Verfahren eine erkannte Abweichung gegenüber dem Stand der Technik der Herstellung von Gleichstrommotoren darstellen.

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Beispielsweise enthielten vorbekannte Verfahren die Bildung von sogenannten ''Ri ng''-Wick lungen (beispielsweise We I lenwick lungen oder Schleifenwicklungen), die auf einem konventionellen Kern für eine dynamo-elektrische Gleichstrommaschine angebracht werden.

Weiterhin wurde vorstehend eine vereinfachte Schaltung zur Kommutierung der Einscha 11signaIe oder Er regersignaIe gezeigt und beschrieben, welche einem bürstenlosen Gleichstrommotor zugeführt werden. Insbesondere benötigt die Schaltung gemäß der Erfindung keine Anordnung mit mechanischen Messfühlern, welche an dem Läufer des bürstenlosen Gleichstrommotors gekoppelt ist. Stattdessen wird die Ausgangsgröße des Motors erfaßt und zur Erzeugung eines veränderlichen Signals mit einer Frequenz entsprechend der Drehgeschwindigkeit benutzt, welches die Stellung des Läufers anzeigt. Daher benötigt in bestimmten Anwendungsfällen, beispielsweise bei der Verwendung eines bürstenlosen Gleichstrommotors für den Antrieb des Kompressors eines Kühlschrankes das Kompressorgehäuse keine zusätzlichen durchgeführten Leitungen und hierdurch wird der abgedichtete Verschluß des Gehäuses verbessert.

In der Tabelle 1 werden einige Daten aufgeführt zur besseren Darstellung der verbesserten Eigenschaften von Motoren als Ausführungsform der Erfindung.

	Dat	1	TabelI	e 1	Gesamt-	Net	to	.9
	aIpha,	(	en für 2600	U/min.	Wi rkungs-	X
Vorei lung	sehen	1	Gesamtdreh	Netto-Dreh-	grad χ	κ t	£	.2
in elektri		(	moment	moment
Graden		1	in g/m	in g/m	73,7	60	,4
	(	(in Oz.Ft.)	(in Oz.Ft.)
0	1	1,88	9,82	78,2	65	.6
	(	1,15)	(0,95)
5	2,40	10,33	81,2	70
	1 ,20)	(1,00)
15	5,50	13,43	77,7	65
	1 ,50)	(1 ,30)
22	6,53	13,95
	1 ,60)	(1 ,35)

- 81 -

009814/0972

*0θ

- η - 27U718

* ohne Berücksichtigung von Luft spa I tver lust en und Reibungsverlusten
** einschließlich Luft spa Itverlust en und Reibungsverlusten.

Die Oaten der Tabelle 1 wurden ermittelt durch Prüfung eines Motors als Ausführungsform der Erfindung, welche aus einer Gleichspannung squeI Ie für 12 Volt betrieben wurde.

Bei dem Motor wurde eine Standardkonstruktion des Ständers mit Lamellenaufbau (Blechpaket) verwendet, welche handelsmäßig für Induktionsmotoren verwendet wird. Der Blechkern war dabei praktisch identisch dem in Figur 2 gezeigten Blechkern. Die Bohrung des Kerns betrug etwa 5 cm mit einer Pakethöhe von etwa S cm. Der Kern besaß 24 Nuten und enthielt Wicklungen mit seitlichen Wicklungsteilen, welche als verteilte Wicklungen ausgebildet waren und aus bifilar gewickeltem Kupfer-Magnetdraht bestanden. Es wurden insgesamt 8 Wicklungsspulengruppen verwendet (vier bifilare Spulengruppen). Jede Spulengruppe enthielt drei Spulen und jede Spule umfaßte von der äußersten Spule zur innersten Spule entsprechend 7, 1o und 10 Windungen. Der Draht bestand aus einem Kupferdraht mit einem Durchmesser von etwa 1,27 mm (etwa 0,05 Zoll) (ohne Isolierung). Die Spulen jeder Spulengruppe überdeckten dabei von der äußeren Spule zur inneren Spule gesehen jeweils 11 bzw. 9 bzw. 7 Zähne. Daher betrug die ''Breite*' eines zugeordneten Paars von Spulengruppen 6 Nuten oder 90 Winkelgrade. Man wird daher verstehen, daß 8 Nuten 14 Leiter (7bifilare Leiterpaare) enthielten und die übrigen Nuten jeweils 20 Leiter enthielten.

Die Läufermagneten bestanden aus einem Ferrit-Magnetmaterial der Firma Allen Bradley Company, welches auch als Material M-7 bezeichnet wird. Die Bogenlängen für jeden der beiden verwendeten Magnete betrug 143 Winkelgrade, die Dicke betrug etwa 6,35 mm (0,25 Zoll) und die axiale Länge betrug etwa 5 cm (2 Zoll). Die Magnete waren mit Epoxydharz an einem kompakten Läuferkern aus Weicheisen befestigt und der zusammengebaute Läufer besaß einen

- 82 -

009814/0972

- ⁿ - 27U718

Außendurchmesser von etwa 50,3 mm (1,98 Zoll). Die Kommutierung und Stellungserfassung wurde dabei mit Schaltungen ausgeführt, die praktisch identisch zu den vorstehend beschriebenen Schaltungen sind. Für die Bauelemente der Schaltung (das heißt Transistoren, Widerstände, Kondensatoren usw.) wurden handelsmäßig erhältliche Baue I ementty pen gewählt und diese wurden so ausgewählt, daß sie lediglich eine ausreichende Nennspannung und ausreichende Nennstromstärken und einen ausreichenden Verstärkungsgrad besaßen, um bis zu 30 Ampere an die Motorwicklungen zu liefern. Der Motor wurde kommutiert mit einer Voreilung zwischen 0 bis 22 elektrischen Graden. Da der Motor ein Zweipolmotor war waren selbstverständlich die elektrischen Grade gleichzusetzen den Winkelgraden.

In Tabelle 1 sind jeweils 2 Spalten für den Wirkungsgrad und für das Drehmoment enthalten. Das Gesamtdrehmoment ist dabei das vom Motor erzeugte Drehmoment ohne Luftspa 11ver luste und Reibungsverluste. Die erste Spalte für den ''Wirkungsgrad'* enthält ebenfalls den Wirkungsgrad des Motors ohne Berücksichtigung von LuftspaItverlust en und Reibungsverlusten, obwohl Kupferverluste und Verluste in der Kommuta tor scha I tung berücksichtigt wurden. Das Netto-Drehmoment war das an der Motorwelle verfügbare Netto-Drehmoment und der Netto-Wirkungsgrad entsprach dem Gesamtwirkungsgrad des Motorsystems einschließlich des Kommutators. Die bedeutende Verringerung des Netto-Wirkungsgrades (infolge von Luftspa Itverlust en und Lagerverlusten) war zu erwarten, da der geprüfte Motor nur eine Leistung von etwa 1/20 PS besaß.

Die Tabelle 1 zeigt die bedeutende Verbesserung des Wirkungsgrades und des Drehmoments, welche durch die Vorverlegung der Kommutierung erreichbar ist. So ergibt eine Voreilung von 15 elektrischen Graden einen bedeutend größeren maximalen Wirkungsgrad bei 2600 U/min, während eine Voreilung von 22 Grad ein bedeutend größeres maximales Drehmoment bei 2600 U/min, ergibt.

- 82 a

8Q98U/0972

27U718

Tabelle 2

Repräsentative Werte für die einzelnen Bauteile oder Elemente für die vorstehenden Schaltungen.

Bezucjsziffer	Baut ei I
FIG. 6 und 7
70', 80	CD 4001 AE
43, 44	H 13 A2
71 , 72	390 KOhm
74	1,8 KOhm
92	39 Ohm, 2W
93	200 Mikrofarad 30OV
94	100 Mikrofarad
95	15 V
81	2N 4401
82	2N 5988
83	2N 6258
84	10 KOhm
86	150 Ohm
88	A 15
91	500 oder 1000 Mikrofarad
FIG. 16
130	0,02 Ohm
132, 133, 140, 736,
145, 740	100 KOhm
134	120 KOhm
135, 734, 149	50 KOhm
138	3,5 Megohm
146	1 Megohm
738	82 KOhm
150	2.2 KOhm
153	1 KOhm
155	47 Ohm
156	120 KOhm

- 83 -

Θ09814/0972

-M-

742	144,	148	194	, 196	33 KOhm
136.	162				MC 3301 P
160.			176		CD 4013 AE
158					2N 3414
154	18				2N 1671
FIG.	170,	172,	552	. 554,
186,			562		CD 4016 AE
182	166,	174,			CD 4013 AE
164,	198				LM 324
168,			574	, 576,	LM 3900
166	548,	550,			0,02 Ohm
546,	558,	560,
556,					10 KOhm
564					120 KOhm
566	570,	572.			4,7 KOhm
568,
578	582				100 KOhm
580,					150 KOhm
584					1 Mikrofarad
180					0,01 Mikrofarad
586					22 KOhm
588					1 Megohm
590	19				270 KOhm
FIG.
204					Zwei parallel, je 0,1 ο Ohm, 2 U
208					10 V
702	706				1 ,2 Megohm
704,					100 KOhm
214	710			- 84 -	in Reihe 100 kOhm & 200 KOhm variabel
708,			80981	4/0972	1 Megohm
210				MC 3301 P
712				82 kOhm
222	716			390 Mikrofarad
714,				47 kOhm

46 M

	- a« -	21 und 22	670	- 85 -	27U718
220				809814/0972	0,01 Mikrofarad
718		, 654	260, 262, 290	3,9 Megohm
218		660,	268, 270	in Reihe 33 KOhm ♦ 500
				KOhm, variabel
224		, 258,		1N914
FIG.	, 266,
246	286		H13 A2
652			39 kOhm
656,			1 kOhm
658	, 678		560 Ohm
256			CD 4001
264		682	CD 4001
272	, 676		2N 4401
662			47 Ohm 2U
664	, 680,		5000 Mikrofarad
666		304	10 kOhm
668			10 Ohm 1OU
672			100 Ohm
674,	, 302,		0,03 Ohm
284			A 115
294,			0,001 Mikrofarad
?92	686		100 kOhm
296	691		1N914
298			33 kOhm
288,	694		MC 3401
308	700		2N3414 und D44H5
312		A 15
684,	24	22 kOhm
688,	722	1 Megohm
690		2,2 Megohm
692,		100 kOhm
696,		1 Mikrofarad
698	27 kOhm
FIG.
720,	8,2 kOhm

	- *5 -	726, 728	- 86 -	27U718	2,2 kOhm
356		732	8Q98U/0972	2N 3414
350		25a und 25b	10 kOhm
724,		82 Ohm
730,
FIG.		10 kOhm
592		680 Ohm
594		5 ,6 Megohm
474		150 kOhm
596		10 kOhm
598		1N4736 6,8V
462	602	0,1 Mi k rofarad
560		CA 3130
382		10 kOhm
600,		100 kOhm
464		1 Megohm
604	448	150 kOhm
606		33 kOhm
608		CD 4011
446,		0,01 Mikrofarad
466		1N5O59
610		10 kOhm
612		?5 Mikrofarad 25V
614		1N4738 8,2V
616		120 Ohm 1W
618		33 kOhm
620	628, 508, 636, 638	6,8 kOhm
622		12 kOhm
624	632	100 kOhm
626,	504	20 kOhm
494		33 kOhm
498,	412, 414	0,5 Mikrofarad
500,		0,1 Mikrofarad
630	LM 324
410,	15 kOhm
502

633 634 6AO 452, 456 400 458 642 644 646 376 362 364 366 368 370 480, 484 486 648 650 510 512 416, 506

FIG. 542, 538,

544

536 543

27U718

1N4448 1,8 Megohm 4,7 Megohm CD 4013 CD 4011 CD 4001 CD 4049

2.7 kOhm 100 Ohm 2W 100 Ohm 2N3414 2N5988 PN6258 1N5059 1000 Mikrofarad 25V MR 751 1N4448

6.8 kOhm 2,7 kOhm 1,5 Megohm 4 ,7 Megohm 2,2 Megohm 68 kOhm CD 4001 50 Mikrofarad

Zwei para I le 1, 0,1 Ohm

1OU

STV 6060 mi t 1N 5625 und

V150 PA10 parallel zur

Ko I Iek tor-Emi tterst recke

2N 3414 für Ansteuerung von D45H8

CD 4011

CA 313OT und CD 4012 als Eingänge zu CD 4011 und dann zu dem CD 4049 Invert erausgang

- 87 -

8Q98U/0972

ÖOPY

274A718

528 CD 4042 zur Ansteuerung

von CD 4011 und dann zu CD 4012. Ebenfalls CD 4001, CD 4011 und CD 4029

524, 526 CD 4011 als Eingang zu

CD 4030, CD 4011 und CD 4 001 in Reihe Ebenso drei 2N 3414

530 CD 4042, CD 4011 und

CD 4012 in Reihe

532 CD 4001 zur Ansteuerung

von CD 4011 und auch CD 4029

534 MC 14511 zu MAN54

Die in der Tabelle 2 aufgeführten Festkörper-Bauelemente waren mit Ausnahme der Transistoren STV6060 und der Anzeigee I emente MAN54 (siehe Figur 27) entweder Bauelemente der RCA,der General Electric Company, der Firma National oder der Firma Motorola. Die vier Transistoren STV6060 waren Transistoren der Firma TRW und die vier Anzeigeeinheiten MAN54 waren Anzeigeeinheiten der Firma Mon santo.

Vorstehend wurde die Erfindung hauptsächlich in Verbindung mit einem Z weistufen-ZweipoImotοr des Typs gemäß der Abbildung in den Figuren 1 und 2 beschrieben. Wie jedoch bereits zuvor erwähnt ist die Erfindung im gleichen Maße anwendbar auf mehrstufige Motoren, beispielsweise auf Motoren mit 3, 4, 5 usw. Stufen und rrnt einer verschiedenen Anzahl der Pole.

Bei der Durchführung der Erfindung mit einem Dreistufenmotor müssen erneut die im Zusammenhang mit dem Zweistufenmotor betrachteten Faktoren betrachtet werden. Beispielsweise müssen zur Erzielung eines möglichst großen Wirkungsgrades und zur Vermeidung von Anlaufproblemen solche Faktoren betrachtet werden wie die Kurve für das Verhältnis Drehmoment/Stromstärke in Ampere (T/I) oder die Betriebskenndaten des Motors, die Wicklungsbreite, die Bogen-

Ö098U/0972

copy

länge des Dauermagneten des Läufers, die Größe der Voreilung der Kommutierung, die magnetische Kopplung, die Energierückgewinnung aus einer Wicklung nach dem Abschalten, die Nutenform für einen stationären Anker und die Ausnutzung der Nut. Weiterhin muß für die Kommutierung bei dem bevorzugten Lösungsweg ohne Messfühler die Läuferstellung zuverlässig und genau simuliert oder nachgebildet werden.

Die Figuren 28, 2 9 und 30 zeigen Wicklungsformen in stationären Ankern mit 24 Nuten für Motoren mit drei Wicklungsstufen bzw. Zweipo I motοren bzw. Vierpol- und Achtpolmotoren. Die abgebildeten stationären Anker werden monofilar gewickelt mit gleichförmigen Nutenformen und alle Nuten werden gefüllt. Zur größeren Deutlichkeit der Darstellung sind jedoch die Anker nur mit einer Spule mit einer einzigen Windung in jeder Nut abgebildet. Es wird dabei das Ausfüllen aller Nuten des Ankers bevorzugt, um die Kerndicke oder die Stapelhöhe des stationären Ankers möglichst gering zu halten und damit den Motor kompakter zu machen und wirtschaftlicher in seiner Herstellung. Wie jcduch nachstehend erörtert kann ein stationärer Anker mit leeren Nuten verwendet werden mit einer sich daraus ergebenden Verringerung der Bogenlänge des Dauermagneten des Läufers, jedoch auf Kosten eines größeren Ankerkerns.

Es wird nunmehr Bezug genommen auf die Figur ?8. Der dort abgebildete Anker 830 für einen Zweipolmotor mit drei WickIungsstufen enthält drei monofilare Wicklungen a, b und c (eine Wicklung für jede Stufe). Jede Wicklung umfaßt Spulen, welche aus konzentrischen Windungen eines Leiters bestehen, die in dem Kern 831 angeordnet sind, wobei die seitlichen Windungen der Spulen zwei Wicklungssätze in den Kernηυ ten bilden. Die Leiter teile jedes Satzes leiten Strom beim Zuschalten der Wicklung in der gleichen axialen Rieh tung entlang der Lange des Kerns. Beispielsweise umfaßt die Wicklung ' ' a'' zwei WickIungssät ze 832, 833, wobei der Wicklungssatz 831 in den Kernnuten 834 bis 837 und der Wicklungssatz 833 in den Kemnuten 838 bis 841 untergebracht ist. Die Wicklung *'a

- 89 -

809 8K/A0 97 2

OOPY

wurde dadurch hergestellt, daß zunächst eine vorbestimmte Zahl von konzentrischen Windungen eines Leiters zur Bildung einer Spule hergestellt wurde, deren Sei te η windungen die Kernnuten 834 und 838 einnehmen, wenn die Spute in die Kernnuten mit konventionellen Vorrichtungen zum Einführen von Spulen eingesetzt wird. Die Wicklung des Leiters wird dann mit einer vorbestimmten Anzahl von konzentrischen Windungen mit einem anderen Durchmesser fortgesetzt zur Bildung einer zweiten Spule, deren Seitenwindungen die Nuten 835 und 839 einnehmen. Das Wickeln des Leiters wurde dann mit einer vorbestimmten Zahl von konzentrischen Windungen fortgesetzt zur Bildung einer dritten Spule, deren Seitenwindungen die Nuten 837 und 841 nach dem Einsetzen in den Kern gemäß der Abbildung einnehmen. Eine vierte Spule wurde ebenfalls hergestellt durch Herstellung einer vorbestimmten Anzahl von konzentrischen Windungen des Leiters, so daß die Seitenwindungen dieser Spule die Nuten 836 und 840 beim Einsetzen in den Kern gemäß der Abbildung einnehmen.

Obwohl vorstehend die Herstellung der Spulen in einer bestimmten Reihenfolge beschrieben wurde, können die Spulen in jeder Reihenfolge hergestellt werde η. Die Wicklung muß jedoch so beschaffen se in,daß beim Zuschalten der Wicklung ' 'a'' gewährleistet ist, daß alle Leiterteile in einem Wicklungssatz den Strom in einer gemeinsamen Richtung entlang der axialen Länge des Kerns führen. Wie in Figur 28 gezeigt leiten alle Leiterteile des Wicklungssatzes 832 den Strom in einer gemeinsamen Richtung (mit ' ' χ' ' bezeichnet um anzudeuten, daß der Strom in die Zeichenebene hineinfließt) und alle Leiterteile des Wicklungssatzes 833 leiten ebenfalls den Strom in einer gemeinsamen Richtung (bezeichnet mit ''.'', wodurch ein Stromfluß aus der Zeichenebene herausbezeichnet ist), und diese Richtung ist entgegengesetzt zur Richtung des Stromflusses in dem Wicklung*·, satz 832. Dieser Stromfluß in der Wicklung ''a'' gemäß der Abbildung erzeugt Magnetpole N_a und S_a. Da alle Leiterteile jedes Satzes gleichzeitig den Strom in der gleichen axialen Richtung entlang der Länge des Kerns leiten kann

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CX)PY

440

die ''Breite'* der Wicklung ''a'' entweder an dem Wicklungssatz 832 oder an dem Satz 833 gemessen werden. Gemäß der Abbildung ist die Breite der Wicklung '' a'' 60 Grad (elektrisch und mechanisch) gemessen von der Mittellinie des Nutzahns, welcher den Satz 832 von der Wicklung ''b'' trennt bis zur Mittellinie des Nutzahns, welcher den Satz 832 von der Wicklung '' c'' trennt.

Die Wicklungen ''b'' und ''c'' für den Dreistufen-, Zweipo l-motor der Figur 28 werden in der g'eichen Weise gewickelt und in dem Anker eingesetzt, wie dies vorstehend für die Wicklung ' ' a'' beschrieben wird. Obwohl alle Spulen in jeder Wicklung in Figur 28 gemäß der Darstellung in einem kontinuierlichen Wi eke I Vorgang hergestellt werden, das heißt ohne Abschneiden des Leiters zwischen dem Wickeln verschiedener Spulen, können die Spulen auch getrennt oder in Gruppen von zwei oder mehr Spulen hergestellt werden und dann zur Herstellung einer einzigen Wicklung miteinander verbunden werden, wobei die Spulen so angeordnet und miteinander verbunden werden, daß der Strom in jedem Wicklungssatz in der gleichen Richtung fließt.

Die Figur 29 zeigt einen stationären Anker für einen Dreistufen-, Vierpol-Motor mit drei Wicklungen a, b und c (eine Wicklung für jede Stufe),wobei jede Wicklung aus vier Spulen gebildet ist, die jeweils eine vorbestimmte Anzahl von konzentrischen Windungen eines Leiters aufweisen. Zur deutlicheren Darstellung wird in jeder Nut des Ankers nur eine Leiterwindung gezeigt. Die seitlichen Windungen der Spulen bilden vier Wicklungssätze für jede Wicklung. Beispielsweise besitzt die Wicklung b vier Spulen mit jeweils einer vorbestimmten Anzahl von Leiterwindungen, wobei die erste Spule in den Nuten 842 und 843, die zweite Spule in den Nuten 844 und 845 die dritte Spule in den Nuten 846 und 847 und die vierte Spule in den Nuten 848 und 849 untergebracht ist. Die Spulen können entweder aufeinanderfolgend oder getrennt gewickelt werden und dann so angeordflöt.und miteinander verbunden werden, daß sie einen Stromfluß gemäß der Abbildung ergeben (dab*»i entspricht das

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27U718

Zeichen ''χ'' einem Stromfluß in die Zeichenebene hinein und das Zeichen '*.'* einem Stromfluß aus der Zeichenebene heraus). Gemäß der Abbildung erzeugen die Seitenwindungen der Spulen vier Wicklungssätze 850 bis 853, wobei der Wicklungssatz 850 in den Nuten 849 und 842 untergebracht ist, der Wicklungssatz 851 in den Nuten 843 und 844, der WickIungssatζ 852 in den Nuten 845 und 846 und die Wicklung 853 in den Nuten 847 und 848. Nach dem die Spulen gewickelt und in die Ankernuten eingesetzt sind, leiten die Leiterteile jedes Wicklungssatzes den Strom gemäß der Abbildung in der gleichen axialen Richtung entlang der axialen Länge des Kerns, wenn die Wicklung b zugeschaltet wird. Dadurch werden vier Magnetpole oder zwei Paare von Magnetpolen Nb, Sb gemäß der Abbildung erzeugt. Die Wicklungen a und c der Figur 29 werden in der gleichen Weise gebildet, wie dies vorstehend für die Wicklung b beschrieben wurde, wobei sie jeweils vier Wicklungssätze mit Leiterteil en besitzen,die den St rom bei der Zuschaltung der Wicklung in der gleichen axialen Richtung entlang des Kerns leiten.

Die Ankerwicklung der Figur 29 mit drei Wicklungsstufen und vier Polen besitzt eine Wick lungs-''Breite*' von 30 mechanischen Graden oder 60 elektrischen Graden. Wie zuvor erläutert ist dabei diese ''Breite'* der Winkel- oder die Bogenlänge der benachbarten Kernnuten, welche die Leiter einer gegebenen Wicklung enthalten, die gleichzeitig den Strom in der gleichen axialen Richtung entlang der axialen Länge des Kerns leiten. Wie in Figur 29 gezeigt nimmt ein Satz der Wicklung b zwei benachbarte Nuten ein und alle Leiter in diesem Satz leiten den Strom in der gleichen axialen Richtung entlang der axialen Länge des Kerns. Daher ist die Breite die WinkeIausdehnung oder Bogenlänge der beiden von dem Satz eingenommenen Nuten, welche hier 60 elektrische Grade oder 30 mechanische Grade oder Winkelgrade beträgt.

Wie zuvor in Zusammenhang mit den Zweipol-Zwei Stufenmotor gemäß den Figuren 1 und 2 erläutert ist die Kurve Drehmoment/Stromstärke in Ampere (T/I) für einer Motor eine Funktion der Wicklungs-

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27U718

breite und der Bogenlänge des Dauermagneten. Wenn das maximale Drehmoment über eine volle Drehung gewünscht wird, dann sollten die Wellenformen für Drehmoment/Stromstärke in Ampere (T/I) gemäß der typischen Darstellung in den Figuren 11a bis c und 12 bis zu flach oder eben wie möglich gehalten werden. Ein maximales Verhältnis für die Größe T/I wird erreicht, wenn die Wellenform für T/I für 180 elektrische Grade einer Rechteckwellenform ist. Steilere Wellenformen ergeben jedoch eine größere Möglichkeit für An laufprob lerne und es ist daher erwünscht, sich der Rechteckwellenform soweit wie möglich anzunähern ohne dabei An laufprob lerne zu schaffen. Die maximale Dauer des flachen Teils der Kurve T/I wird vergrößert durch die Schaffung einer möglich kleinen Wicklungsbreite und/oder durch eine möglichst große Bogenlänge des Läufermagneten. Weiterhin kann ein optimaler Voreilungswinke I alpha auf der Basis der Läuferdrehzahl und der Zeitkonstante L/R für die Wicklungen zur Vorverlegung der Kommutierung der Wicklungen ausgewählt werden und ermöglicht eine Verringerung der Bogenlänge des Magneten. Die Beziehung dieser Faktoren bezogen auf den einzelnen Pol kann durch den folgenden Ausdruck beschrieben werden: Magnet-Bogenlänge = * + "Breite" - 2

Dabei gilt: EinschaItzeit der Wicklung = ¹⁸° H = Anzahl der Stufen

alpha = Winkel der Voreilung (5 Grad bis 30 Grad)

Für den obigen Ausdruck für die Breite wird angenommen, daß ein Kern mit gleichmässigen Nutenquerschnitten benutzt wird und in allen Nuten Wicklungswindungen enthalten sind. Weiterhin ist bei dem Ausdruck für die Breite eine Messung von der Mittellinie zur Mittellinie der Zähne angenommen, welche die gemessene Wicklung von den benachbarten Wicklungen trennen. Weiterhin sind in der obigen Gleichung Effekte zweiter und dritter Ordnung für die Zähne infolge der Zahnbreite und der Sättigung an der Zehnspitze vernachlässigt.

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8098U/0972

Ml

- pe - 27U718

Es wird erneut Bezug genommen auf die Figur 29,bei welcher die Uicklungsbreite für die Wicklung des Vierpolmotors 60 elektrische Grade oder 180o/n beträgt. Die Einscha 11zeit für jede Wicklung ist dann 180 (N -1)/N oder 120 elektrische Grade. Daher beträgt die optimale Bogenlänge des Dauermagneten für einen Motor mit dem stationären Anker gemäß Figur 29 180 elektrische Grade -10 bis Grad in Abhängigkeit von dem optimalen Voreilungswinke I, welcher als Funktion der Belastung und der Drehzahl ermittelt ist.

Motoren mit mehr als zwei Polen sind oft sehr erwünscht, da sie vorteilhafte Nebeneffekte erzeugen. Beispielsweise bewirkt eine Erhöhung der Anzahl der Pole eine Verringerung der Ampere-Windungszahl pro Pol und dies gestattet mechanisch gesehen die Verwendung von dünneren Dauermagneten für den Läufer. Die Vergrößerung der Anzahl der Pole bewirkt auch eine Verringerung der Endwindungen der Wicklung. Weiterhin gestattet die Vergrößerung der Anzahl der Pole eine Verringerung der Kerndicke oder der Jochdicke, da der erforderliche Fluß für jeden Pol verringert wird. Mit der Vergrößerung der Anzahl der Pole müssen jedoch die Zahneffekte zweiter und dritter Ordnung berücksichtigt werden und die Magnetkernverluste werden allgemein bei gleicher Drehzahl vergrößert infolge der höheren Frequenz des umlaufenden Magnetfeldes in dem stationären Anker.

Gemäß der Darstellung in Figur 30 werden bei einer Vergrößerung der von einer Wicklung erzeugten Pole die zuvor erwähnten Zahneffekte zweiter und dritter Ordnung wichtiger. Die Figur 30 zeigt einen Anker für einen Dreistufen-, Achtpolmotor mit den Wicklungen a, b, c (eine Wicklung für jede Stufe), wobei jede Wicklung in ähnlicher Weise wie die Wicklungen nach der in Figuren 28 und 29 gebildet sind. Ein Pol wird erzeugt durch mehrere Windungen einer Wicklung, welche in einer einzigen Nut enthalten sind, wobei jede Wicklung insgesamt 8 Nuten einnimmt zur Erzeugung von 8 Polen oder 4 Polpaaren. Bei der 8-Polanordnung nach Figur 30 beinhaltet die Messung der Breite nur eine Messung an einer einzigen

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8Q98U/0972

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Nut. Beispielsweise kann die Breite der Wicklung c an der Kernnut 854 gemessen werden, in der ein Wicklungssatz der Wicklung c untergebracht ist, wobei der Satz Leiterteile besitzt, welche den Strom in der gleichen Richtung entlang der axialen Länge des Kerns leiten. Ein Verfahren zur Messung der Breiteist g leich dem in den vorgenannten Figuren verwendeten Verfahren und besteht in der Messung von der Mittellinie des Zahns 855 zur Mittellinie des Zahns 856, wobei sich eine Breite von 60 elektrischen Graden ergibt. Es ist jedoch ersichtlich, daß man einen anderen Wert für die Breite erhält, wenn die Breite von einer Seite der Nut 854 zur anderen Seite der Nut gemessen wird. Wiederum einen anderen Wert erhält man, wenn die Breite von einer Seite der Spitze der Nut 855 zu der Seite der Spitze der Nut 856 gemessen wird. Es ist daher ersichtlich, daß bei der Messung einer Breite, welche nur eine Wicklungswindung oder Windungen in einer einzigen Nut erfaßt, die Größe der Kernnut, die Geometrie der Nut, die Zahnbreite, die Zahnspitzenbreite oder die Geometrie und die Zahl und Anordnung der Wicklungswindungen in der Nut als Faktoren zur genauen Bestimmung der Wicklungsbreite zu berücksichtigen sind. Die Breite einer Wicklung würde sich dabei dem Wert Null nähern, wenn die Wicklung aus einer Spule mit einer einzigen Windung bestehen würde, welche in dem Luftspalt zwischen einem Läufer und einem Kern ohne Nuten untergebracht ist, da dann die magnetische Kopplung zwischen dem Läufer und der Spule nicht durch die Geometrie der Nut, die Nutenabmessung usw. beeinflußt wird.

In Figur 30 würde ein mit dem stationären Anker gemäß der Darstellung verwendeter Läufer acht Dauermagnet segmente besitzen, welche über seine Mantelfläche zur Erzeugung von acht Polen an seinem Umfang verteilt würden. Wenn die Wicklungsbreite 60 elektrische Grad beträgt, dann würde die Bogenlänge des Magneten für jedes Segment zwischen 120 und 150 elektrische Grad betragen unter Verwendung der vorstehend angeführten Beziehung. Theoretisch könnte in einem Drei stufenmotor eine Bogenlänge des Magneten von 60 elektrische Grad verwendet werden, wenn die Windungsbreite

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O elektrische Grad betragen würde.

Die Figur 31 zeigt die Spulenverteilung oder Wicklungsanordnung für einen Zwei pol motor mit vier Wickelstufen und vier Wicklungen a, b, c, d (eine Wicklung für jede Stufe), welche in einem stationären Anker mit 24 Nuten untergebracht sind. Jede Stufe besitzt eine Wicklung aus zwei Wicklungssätzen und diese Wicklung ist in zwei Gruppen von Kernnuten angeordnet, die symmetrisch einander gegenüberliegen, wobei jede Gruppe drei von einem Wicklungssatz eingenommene benachbarte Kernnuten umfaßt. Wenn eine Wicklung eingeschaltet wird, dann leitet jeder Satz der Wicklung, beispielsweise der Satz der Wicklung a in benachbarten Kernnuten 857, 858, 859,den Strom entlang der axialen Länge des Kerns zur Erzeugung eines Magnetpols N_a oder S_a.

Obwohl der Vi er stufen-Zweipo Imotor in Figur 31 mit einem stationären Anker mit 24 Nuten abgebildet ist, könnte der Motor auch leicht mit einem Ankerkern mit 8 Nuten hergestellt werden. Weiterhin wären für einen Vierpolmotor mit vier Stufen 16 Kernnuten ausreichend. Daher hängt die Mindestzahl der Kernnuten von der Anzahl der Motorstufen und der Anzahl der gewünschten Pole ab.

Die Herstellung der Wicklungen gemäß der vorliegenden Erfindung wird noch weiter veranschaulicht-durch die Figur 32, welche eine perspektivische Ansicht einer einzigen monofilaren Wicklung f zeigt, die in einem stationären Ankerkern 868 zur Bildung einer Stufe eines Motors angebracht ist. Die Wicklung umfaßt 5 Spulen 870 bis 874, welche in Kernnuten 875 bis 884 untergebracht sind. Dabei umfaßt jede Spule eine vorbestimmte Anzahl von konzentrischen Wicklungen des Leiters 885. Die seitlichen Windungsteile jeder Spule sind in zwei Kernnuten angeordnet. Gemäß der Abbildung sind die Seitenwindungen (seitlichen Windungsteile) der Spule 870 in den Nuten 875 und 880 untergebracht, die Seitenwindungen der Spule 871 in den Nuten 876 und 881, die Seitenwindungen der Spule 872 in den Nuten 881 und 882, die Seitenwindungen der

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Spule 873 in den Nuten 878 und 883 und die Seitenwindungen der Spule 874 in den Nuten 879 und 884. Die in den Nuten 875 bis untergebrachten Seitenwindungen der Spule bilden einen ersten Uick lungssatζ und die in den Nuten 880 bis 884 untergebrachten Seitenwindungen bilden einen zweiten Wicklungssatz. Die Spulen werden so gewickelt und in die Nuten des Kerns eingeführt, daß alle Leiterteile jedes Uicklungssatzes den Strom in der gleichen Richtung entlang der axialen Länge des Kerns leiten, wenn die Wicklung zugeschaltet wird. Der Stromfluß in den beiden Uicklungssätzen erzeugt zwei Magnetpole Nf und Sf in dem stationären Anker. Selbstverständlich wird durch Umkehr des Stromflusses auch die Lage der beiden Hagnetpole vertauscht.

Die Spulen können nacheinander zur Bildung einer Uicklung gewickelt werden oder können getrennt oder in Gruppen von einer oder mehreren Spulen gewickelt und dann zur Bildung einer Uicklung miteinander verbunden werden. Es können dabei konventionelle Wickelmaschinen verwendet werden und die Uicklung wird unmittelbar auf einem Uerkzeug zur Einführung der Spule gewickelt, das anschließend in die Innenbohrung des Kerns zur Einführung der Spulen in die Kernnuten geschoben wird. Weiterhin können auch andere konventionelle Ausrüstungen zum Wickeln und Einsetzen der Uicklung verwendet werden, bei denen die Spulen für die Uicklung gewickelt und dann auf ein Einführungswerkzeug zum Einsetzen in die Kernnuten übertragen werden.

Nach dem die Uicklung hergestellt und in die richtigen Nuten eingesetzt ist, liegen die Endteile der Windungen über der Inhenbohrung des Kerns. Sie müssen daher in Richtung der Kernstirnfläche 886 zur Seite gefaltet werden, um das Einsetzen des Läufers zu gestatten. In der Figur 32 können die Endteile der Uindungen der Spulen 870 bis 872 in einer Richtung weg von der Bezugslinie und die Endwindungsteile der Spulen 873 bis 874 in der entgegengesetzten Richtung gefaltet werden. Die Endwindungsteile der Spulen können jedoch auch um andere Bezugslinien als die

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Bezugslinie 887 gefaltet werden, wenn dies zweckmäßig ist, da der Zweck der Faltung lediglich darin besteht, einen freien Raum für den Läufer zu schaffen.

In Figur 33 wird eine bifilare Wicklung dargestellt, bei der Doppelstränge oder Doppeldrähte gewickelt und in die Nuten 890 des
Magnetkerns 891 eingesetzt werden. Die doppelten Drahtstränge
werden gleichzeitig gewickelt und dann in die Nuten in der gleichen Weise eingesetzt wie die monofilare Wicklung oder Wicklung
mit einem einzelnen Drahtstrang gemäß der Abbildung in Figur 32. Als Ergebnis des gleichzeitigen wickelns von zwei Drähten erhält man entweder eine Wicklung oder zwei Wicklungen. Wenn eine Wicklung erwünscht ist, dann werden die Drahtenden 892 und 893 und
die Drahtenden 894 und 895 jeweils paarweise miteinander verbunden, wodurch man praktisch eine einzige Wicklung erhält. Die bifilare Wicklung zur Herstellung einer einzigen Wicklung kann jedoch vorteilhaft sein zur Herstellung einer gewünschten Ausfüllung der Nut oder in dem Fall, in dem Schwierigkeiten bei der Einführung der Drahtwindungen eines bestimmten Durchmessers durch
die Spu I eneinsetζ vorrichtung bestehen, jedoch Windungen aus zwei Drähten mit einem anderen Durchmesser eingesetzt werden können.
Selbstverständlich könnte eine einzige Wicklung auch durch Wickeln von mehr als zwei Drähten gleichzeitig hergestellt werden
oder zwei Wicklungen könnten in den gleichen Nuten des Kerns dadurch hergestellt werden, daß jede Wicklung einzeln hergestellt
wird und dann beide in die Kernnuten eingesetzt werden.

Wie bereits zuvor erwähnt beruht der für die quantitative Bestimmung der Beziehung zwischen Magnetkernbogenlänge, Wicklungsbreite, Anzahl der Stufen und VoreilungswinkeI entwickelte Ausdruck auf der Annahme, daß alle Kernnuten für die Aufnahme von Wicklungswindungen benutzt werden und keine Nuten für mehrere Wicklungen gemeinsam sind. Verschiedene Faktoren machen es jedoch
praktisch nicht möglich eine ideale Ausstanzung der Kernnut oder Wicklungsverteilung vorzunehmen. BeispieIsweise besitzen verfüg-

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bare Kerne möglicherweise zuviele Nuten oder zuwenige Nuten um den idealen Zustand zu gestatten, bei dem alle Kernnuten ausgefüllt sind und eine Nut nicht mehr als eine Uicklung enthält. Unter diesen Umständen kann jedoch immer noch ein ausreichendes Betriebsverhalten des Motors dadurch erreicht werden, daß diese Vergrößerung oder Verkleinerung der Wicklungsbreite kompensiert wird, welche durch mehr als eine Uicklung in einer Nut oder durch leere Nuten verursacht wird. Uenn Kernnuten leer belassen werden oder in einer Kernnut mehr als eine Uicklung enthalten ist, dann ist die Breite nicht gleich der Größe 180/N, wobei N die Anzahl der Phasen bedeutet. Beispielsweise zeigt die Figur einen Zwei stufen-ZweipoImotor mit gemeinsamer Unterbringung von Uicklungen a und b in den Nuten 900, 902, 904 und 906. Daher ist dann die Breite größer als 90 elektrische Grad. Daher müßte ein Läufermagnet dementsprechend mit größerer Bogenlänge ausgestattet werden, um die Vergrößerung in der Breite einer Uicklung zu kompensieren.

Die Figur 35 zeigt einen stationären Ankerkern für einen Zweistufen-Zwei po Imotor mit leeren Nuten 908, 910, 912, 914 zwischen den Uicklungen a und b. Bei dieser Anordnung wird der Kern nicht voll ausgenutzt, die Windungsverteilung ist jedoch symmetrisch. Diese Anordnung gestattet die Verwendung eines Dauermagneten 1ür den Läufer mit geringerer Bogenlänge im Vergleich zu dem Fall, in dem alle Nuten mit Uicklungswindungen gefüllt sind.

Obwohl die stationären Ankeranordnungen nach den Figuren 34 bzw. 35 gemeinsame bzw. leere Nuten verwenden, sind die Uicklungen jedoch symmetrisch im Anker angeordnet. Die Figur 36 zeigt eine unsymmetrische Anordnung der Uicklung in einem stationären Anker mit 18 Nuten für einen Zwei stufen-Zwe!poImotor. Die leeren Nuten 916, 918 liegen in der Mitte der Uickiung a und in der Uicklung b sind keine leeren Nuten vorhanden. Be? dieser Anordnung kann der Motor jedoch noch laufen, obwohl die Leistungsfähigkeit vermindert ist und er daher unerwünscht ist für Anwendungszwecke, bei

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denen eine optimale Motorleistung benötigt wird. Weiterhin wird noch eine Kompensation der Unsymmetrie in der Schaltung benötigt, welche für die Vorverlegung des Einscha 11winke I s der Wicklung verwendet wird, beispielsweise die Einfügung einer Zeitverzögerung in der Schaltung, welche die Kommutierung der Wicklung a steuert, zur Kompensation einer Einschaltdauer, welche größer ist als die für die Wicklung b benötigte Einschattdauer.

Die Kommutierungssteuerung für die offenbarten erfindungsgemäßen Motoren wird nicht beeinflußt durch die Anzahl der Pole. Daher könnten die in den Figuren 28, 29 und 30 gezeigten Drei stufenmotoren eine identische Schaltung zur Kommutierungssteuerung verwenden. Weiterhin können die Dreiphasen-Motoren praktisch die gleiche Schaltung verwenden, wie sie für die zuvor erörterten Zwei stufen-ZweipoImotoren gemäß den Figuren 25a und 25b verwendet wi rd.

Die Figuren 37a und 37b zeigen eine Kommutierungsschaltung, wie sie für einen Drei stufenmotor verwendet werden kann. Die Figur 37a ist dabei ähnlich der Anordnung nach Figur 25a mit der Ausnahme, daß für den Drei stufenbetrieb die Leitung 386, einer der Widerstände 592 und das Umscha 11eIement 392 weggelassen wurden. Wie zuvor erwähnt beeinflußt jedoch die Anzahl der Pole die Kommutierung nicht. Für den Betrieb eines Drei stufenmotors muß jedoch das Integrationsintervall für die Gegen-EMK entsprechend eingestellt werden. Diese Einstellung des Integrationsintervalls wird durch das Potentiometer 464 ermöglicht. Durch die Einstellung des Potentiometers wird der Trigger-Punkt für den Schmitt-Trigger mit den Umkehrstufen 416 und 418 geändert. Der Rechenverstärker 382 integriert dann die Gegen-EMK über einem Zeitintervall oder solange, bis eine vorbestimmte Anzahl von Volt-Sekunden aufgelaufen ist, worauf dann die Schmitt-Trigger-Schaltung getriggert wird, wie es vorstehend im Zusammenhang mit der Figur 25a beschrieben wird.

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In der Anordnung nach Figur 37b ist der übrige Teil der Kommutierungsschaltung ähnlich der Schaltung nach Figur 25b. Die beiden Schaltungen unterscheiden sich lediglich darin, daß zum Betrieb eines Drei stufenmotors die Flip-Flops 452 und 454 abgewandelt werden zur Erzeugung von drei Ausgangssignalen und es kann ein Element 920 mit Eingangssignalen Q-j und Q^ zugefügt werden zur Erzeugung eines Signals auf der Leitung 922 zur Rückstellung der Flip-Flops 452 und 454, wenn beide Signale 0-| und O^ vorhanden sind. Weiterhin ist gemäß Figur 37b jeweils eines der Elemente 456, 400, 458, 376, 644, 646, 362, 364 und 366 nach Figur 25b weggelassen, da bei einem Drei stufenbetrieb nur die Kommutierung von drei Wicklungen erforderlich ist.

Es wurde jedoch gefunden, daß die Kopplung zwischen den Wicklungen eines Drei stufenmotors sehr niedrig ist und 25 X im Vergleich zu dem zweistufigen Zweipolmotor mit bifilarer Wicklung sein kann, bei dem eine ausgezeichnete Kopplung zwischen den Wicklungen vorhanden ist. Es ist daher in jeder Wicklung nach ihrem Abschalten eine gespeicherte Energie vorhanden, welche entweder verbraucht oder zurückgewonnen werden muß. Diese gespeicherte Energie kann entweder durch die Leistungstransistoren verbraucht werden oder die Energie kann auf anderer Weise verbraucht oder durch eine Schaltung 924 zurückgewonnen werden, welche gemäß der Abbildung in Figur 37b mit den Wicklungen über Dioden 926 verbunden ist. Zur Aufzehrung der Energie könnte eine solche zusätzliche Vorrichtung eine Anordnung mit Zener-Diode enthalten. Sowohl die Aufzehrung der gespeicherten Energie oder auch die Rückgewinnung der Energie durch die zusätzliche Schaltung gestattet dann eine geringere Nennspannung für die Leistungstransistoren 362, 364.

Die Wellenformen für die Schaltung für einen Drei stufenmotor nach den Figuren 37a und 37b sind in der Figur 38 abgebildet. Die Wellenformen sind praktisch die gleichen wie die für den Zweistufenmotor in Figur 26 abgebildeten Wellenformen mit der Ausnahme des

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Wegfalls der Signale auf den Leitungen 402 und 434 und der Abwandlung der Signale Q-| , 7f, Q₂ und Q-J.

Die vorstehend beschriebenen Schaltungen nach den Figuren 37a und 37b wurden bei einem Drei stufenmotor mit einer Einweg-Brückenanordnung der Wicklungen ausgelegt. Wenn jedoch die Wicklungen wie in Figuren 9 und 10 gezeigt in einer Zwei wegbrücke geschaltet werden, dann wird praktisch die gesamte Energie aus jeder Stufe zurückgewonnen durch Verwendung der in den Figuren 9 und 10 gezeigten Diodenanordnung oder einer ähnlichen Anordnung und des Energie speicherkondensators , beispielsweise des Kondensators 91.

Ein weiterer Lösungsweg zur Steuerung der Kommutierung eines Drei stufenmotors ist in Figur 46 abgebildet. Diese zeigt eine Drei stufenscha 11ung (geerdeter Massenpunkt), wobei entsprechende in Klammern gesetzte Zahlen die Ausgangssignale von dem Ringzähler 1137 und die Freigabeeingangssignale zu den Detektor scha 11ern, beispielsweise dem Schalter 1142,und die Signale zur Freigabe der Wicklung oder der Leistungsschalter, beispielsweise des Schalters 1140 bezeichnen. Wie in Figur 46 abgebildet führen dabei in der Schaltung der Verstärker 1123, der Einweg-Gleichrichter 1125, der Integrator 1127, der Komparator 1129, das Komparatorvorspannungsteil 1131 und die Integratorvorspannung 1132 zum Anfahren des Motors, ein Univibrator-Taktgeber 1133, die Differenzierungsschaltung 1135 und der Ringzähler 1137 praktisch die gleichen Funktionen aus, wie dies vorstehend bei der Erläuterung der Figuren 41 und 45 beschrieben wurde. Bei drei Wicklungen werden nur drei Leistungsschalter wie der Schalter 1140 benötigt und es ist keine Logikscha Itung erforderlich, um diese Wicklungen zu steuern. Jede Phase wird jedoch durch Widerstände wie den Widerstand 1139 und Kondensatoren, beispielsweise den Kondensator 1141, gefiltert, wobei diese Filter beispielsweise eine Zeitkonstante von 0,1 Millisekunde besitzen und eine Reduzierung der vorübergehend auftretenden Stör spannung en bewirken, welche während des Umschaltintervalls vorhanden sind. In der Schaltung nach Figur 46 wird

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jede Wicklung nur während eines Drittels der Umlaufzeit zugeschaltet und in der Schaltung nach Figur 45 wird jede Wicklung etwa während eines Viertels der Zeitdauer zugeschaltet. Es kann jedoch eine kompliziertere Schaltung ähnlich wie in Figur 47 abgebildet verwendet werden, um jede Wicklung einer Anordnung mit Dreiphasenmotor während zwei Drittel der Umlaufzeit einzuschalten. Ein solches System gemäß der Abbildung in Figur 47 besitzt den Vorteil, daß jede Wicklung in dem Motor während zwei Drittel der Zeit zugeschaltet oder stromführend ist und daß man daher einen Motor mit höherem Wirkungsgrad bei gegebener Abmessung im Vergleich zu einem System nach Figur 46 erhält.

In dem System nach Figur 47 werden sechs Leistungsschalter oder Transistoren wie beispielsweise die Schalter 1143, 1145 und 1147 verwendet, da ohne Erdung des Massepunktes oder neutralen Anschlusses die drei in Zwei wegbrücke geschalteten Wicklungen zu jedem gegebenen Zeitpunkt zwei Wicklungen umfassen, welche stromführend sind. Wenn daher der Strom in die Wicklung a hineinfließt und aus der Wicklung b herausfließt, dann werden die Transistoren 1143 und 1147 gleichzeitig zugeschaltet. Die Schaltung nach Figur 47 verwendet ebenfalls einen Ringzähler 1149, der hier sechs Stufen besitzt und schrittweise durch eine Differenzierungsschaltung 1151 weitergeschaltet wird. Die Wicklungen a, b und c werden in Sequenz abgetastet oder gemessen (wobei dann diese gerade gemessene Wicklung keinen Strom führt) durch eine Freigabe von Schaltern in Sequenz, beispielsweise des Schalters 1153. Diese abgetastete Spannung wird dann durch den Verstärker 1155 verstärkt und da wie bei der Schaltung nach Figur 41 zwei Polaritäten der erfaßten Spannung auftreten können, wird diese erfaßte Spannung durch einen der beiden Schalter 1157 oder 1159 und wahlweise über eine Umkehrstufe 1161 einem weiteren Verstärker 1163 zugeführt. Der Verstärker 1163 kann dabei eine Funktion wie der zuvor erörterte Einweg-Gleichrichter ausführen und liefert ein Ausgangssignal an die Integrationsschaltung 1165, der bei 1167 eine Vorspannung oder An lauf spannung zugeführt wird. Diese Ausgangsspannung des

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Integrators 1165 wird über einen Verstärker 1169 dem Komparator 1171 zugeiührt,der bei überschreiten einer durch die Quelle 1173 zugeführten Bezugsspannung durch die Spannung von der Integrationsschaltung 1165 bewirkt, daß ein Univibrator-Taktgeber 1175 den Integrator 1165 zurückstellt und ebenso den Ringzähler über die Differenzierungsschaltung 1151 zurückstellt. Es ist zu beachten, daß ein Sternzeichen vor einem Symbol zur Bezeichnung einer Wicklung andeutet, daß der Strom durch diese Wicklung in entgegengesetzter Richtung fließt wie durch die Wicklung, die nicht mit einem Sternzeichen bezeichnet ist. Die 6-Bit-Ste I lungen des Ringzählers werden umgekehrt und in der angedeuteten Weise auf mehrere NAND-Gatter gekoppelt, beispielsweise das Gatter 1177, und die Ausgangssignale 1, 2, 3, 4, 5 und 6 dieser NAND-Gatter geben entsprechend bezeichnete Transistoren frei oder schalten sie durch, beispielsweise den Transistor 1143. Die Ausgangssignale der NAND-Gatter, beispielsweise des Gatters 1177, werden auch noch den entsprechend bezeichneten Eingängen anderer NAND-Gatter, beispielsweise dem Gatter 1179, zugeführt. Die Ausgangssignale dieser letzteren Gatter werden decodiert und das NAND-Gatter 1181 steuert beispielsweise den Schalter 1159 und das NAND-Gatter 1183 steuert den Schalter 1153. Die anderen ähnlich angeordneten NAND-Gatter steuern entsprechend bezeichnete Scha It er. Daher wird in den Schaltungen nach Figur 47 eine stärkere Ausnutzung der Wicklungen erreicht auf Kosten einer zusätzlichen logischen Schaltung.

Die Kommutierung eines Vierstufenmotors, beispielsweise eines Motors gemäß der Abbildung in Figur 31, könnte auch durch die Schaltung nach den Figuren 25a und 25b gesteuert werden unter Hinzufügen der Schaltung zur Rückgewinnung der Energie nach Figur 37b. Wenn jedoch der Vi er stufenmotor mit einem Dauermagneten mit etwa der gleichen Bogenlänge in elektrischen Graden wie bei dem Zwei stufenmotor ausgestattet würde, dann würde das volle Potential des Magneten nicht ausgenutzt. Daher könnte die Bogenlänge des Magneten auf dem Vi er stufenmotor verringert werden um das

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gleiche Drehmoment gemäß der EMK-Kurve nach Figur 26 zu erzielen, wie es mit dem Zwei stufenmotor erreicht wird.

Andererseits wird angenommen, daß es eher erwünscht ist bei Zweistufenmotoren und Vi er stufenmotoren Magnete mit angenähert gleicher Bogenlänge beizubehalten und eine Überlappung der Einschaltdauer der Wicklungen vorzusehen. Diese Überlappung der Einschaltdauer und die volle Ausnutzung der Magnete würde einen Motor mit einem größeren Gesamt-Ausgangsdrehmoment ergeben, da während der Überlappungsperioden die zugeschalteten Wicklungen Drehmomente erzeugen würden, welche sich addieren würden. Diese Überlappung der Einschaltdauer kann erreicht werden durch Zufügung von weiteren logischen Bausteinen auf den Leitungen 434, 436, 438 und gemäß Figur 25b, so daß eine längere Zeitdauer der Signale auf diesen Leitungen möglich wird. Die sich aus der Abwandlung der Schaltung nach Figur 25b für einen Vierstufenmotor ergebenden Wellenformen sind in Figur 39 dargestellt, wobei die Änderungen der Signale auf den Leitungen 434, 436, 438 und 440 mit gestrichelten Linien abgebildet sind. Die übrigen Signale sind identisch zu den in Figur 26 abgebildeten Signalen.

Weiterhin ist die Kopplung zwischen den Wicklungen eines Vierstufenmotors geringer als die Kopplung für den Zwei stufenmotor mit bifilarer Wicklung des Typs gemäß der Abbildung in den Figuren und 2. Daher könnte eine zusätzliche Schaltung gemäß der Abbildung in Figur 35b und gemäß der vorstehenden Beschreibung für einen Drei stufenmotor für einen Vi er stufenmotor benutzt werden, oder die gespeicherte Energie könnte durch die Leistungstransistoren 362 und 364 verbraucht werden.

Es wird angenommen, daß auch Motoren mit einer noch größeren Zahl von Stufen und einer beliebigen Zahl von Polen gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung hergestellt werden könnten. Die Wicklungen für jede Stufe würden dann in einer Einweg-Brückenschaltung miteinander verbunden und durch eine Schaltung kommutiert

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ähnlich der Schaltung, welche mit den vorstehend erörterten Motoren mit Drei stufen und Vierstufen verwendet wird. Obwohl anzunehmen ist, daß die EMK-Spannung von zwei oder mehr Wicklungen zur Simulation der Läuferstellung kombiniert werden kann, wird es allgemein bevorzugt eine Detektorschaltung mit Einrichtungen zur Messung der EMK-Spannung für jede Wicklung vorzusehen. Wenn ein Motor mit fünf oder mehr Stufen aufgebaut wird, dann kann die vorstehend offenbarte Einrichtung zur Ermittlung der Läuferstellung verwendet werden zur Simulation der Lauf er ste I lung . Mit der Vergrößerung der Stufenzahl kann jedoch eine kürzere Rückstellzeit für die Schaltung zur Bestimmung der Lauf er ste I lung erforderlich sein, um zu gewährleisten, daß die Schaltung vor dem vorstehend erwähnten Nulldurchgangspunkt oder Zeitpunkt ''B'' der EMK-Spannung zurückgestellt wird. Weiterhin sind an der logischen Schaltung zur Erzeugung der Signale A, 8, Ä, usw. Abwandlungen erforderlich um eine Zahl von Ausgangssignalen entsprechend der Anzahl der in Sequenz zuzuschaltenden Wicklungen zu erzeugen. Selbstverständlich muß jede Wicklung zur Ausführung der Zuschaltung mit einer getrennten Leistungstransistoranordnung ausgestattet werden.

Es könnten auch noch weitere Abwandlungen vorgenommen werden unter Benutzung der Lehre der vorliegenden Erfindung. Beispielsweise könnten die Wicklungen von Mehrstufenmotoren in einer Zweiweg-Brückenschaltung miteinander verbunden werden gemäß der Offenbarung in den Figuren 9 und 10, um eine bessere Ausnutzung des Wicklungsmaterials zu erhalten. Dies geschieht selbstverständlich auf Kosten eines zusätzlichen Schaltungsaufwands. Bei diesem Lösungsweg könnte dann eine Detektorschaltung ähnlich der Detektorschaltung 814 nach Figur 25a vorgesehen werden. Sie könnte dann entweder mit einer Einweg-Gleichrichteranordnung ausgestattet werden, wie dies zuvor im Zusammenhang mit Figur 47 erörtert wurde, oder mit zwei Schaltern für jede Wicklung zur Umkehrung der Polarität der EMK-Spannung, wenn diese negativ ist, so daß an die Schaltung zur Feststellung der Lau ferste I lung stets eine positive

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Spannung geliefert wird. Es müßten dann vier logische Signale wie die Signale A, B, Ä usw. und vier Leistungstransistorsätze für jede in Zweiweganordnung geschaltete Wicklung vorgesehen, Eine Aushahme bildet dabei ein Dreistufenmotor, bei dem die Wicklungen nach Figur 47 geschaltet werden können und Sechs
Sätze von Leistungstransistoren benutzt werden können.

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Leerseite

Claims (55)

1. Elektronisch kommutierter Motor und Verfahren zu seiner Herste I lung

   f 1 .J

   1 .J G Lei chst rommotor, gekennzeichnet durch: einen stationären Anker (15) mit einem Kern (16) und mindestens zwei Uick lungsstufen (22), wobei jede Uick lungsstufe mindestens zwei Spulen von konzentrischen Uindungen der Uicklung umfaßt, welche im Kern (16) aufgenommen und zur Erzeugung einer vorgegebenen Zahl von Magnetpolen angeordnet sind, wobei die Uindungen der Uicklung für jede Uicklungsstufe (22) eine Anzahl von Sätzen von axial verlaufenden Leiterteilen besitzen und diese Zahl gleich der genannten

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   ORIGINAL INSPECTED

   vorbestimmten Zahl von Polen ist, die axial verlaufenden Leiterteile in jedem gegebenen Satz allgemein aus etwa einer Hälfte
   der Seitenwindungsteile der Leiter von mindestens zwei verschiedenen Spulen bestehen und diese Leiter so angeordnet sind, daß
   sie gleichzeitig den Strom in der gleichen axialen Richtung entlang des Kerns (16) leiten und dadurch einen Magnetpol erzeugen, wenn die Wicklungsstufe (22) mit diesem gegebenen Satz von Leiterteilen zugeschaltet ist, eine Bogen Iängen-''Breite'' für jeden gegebenen Satz von axial verlaufenden Leiterteilen, die kleiner ist als etwa 120 elektrische Grade, einen Läufer (10) mit Polbereichen konstanter magnetischer Polarität, deren Zahl gleich der vorbestimmten Zahl von Polen ist, wobei der Läufer (10) zur Drehung relativ zum Anker (15) bei Erzeugung der Magnetpole durch
   die Windungen der Wicklung (22) eingerichtet ist, und eine Kommutierung svorri chtung , welche mit mindestens einer der Wicklungsstufen (22) gekoppelt ist zur Erfassung der relativen Winkeleinstellung zwischen dem Läufer (10) und dem stationären Anker (15) und zur Zuschaltung der Wicklungsstufen in einer vorbestimmten
   Weise zur Erzeugung der Magnetpole auf dem Anker (15) zur Drehbewegung des Läufers (10).
2. 2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß
   die vorgenannten vorbestimmten ''Breiten*' der Wicklung (22) jeweils in einem bevorzugten Bereich von etwa 30 elektrische Grade bis etwa 120 elektrische Grade liegen.
3. 3. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (22) in Paaren angeordnet sind und jedes Paar aus bifilaren Drähten gebildet ist, welche in gemeinsamen Nuten (21) des Ankers (15) untergebracht sind.
4. 4. Gleichstrommotoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
   daß die Wicklungen (22) in einer Brückenschaltung miteinander verbunden sind.

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5. 5. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Magnetpolbereiche des Läufers (10) durch auf dem Läufer (10) angeordnete Dauermagneten (13, 1A) gebildet sind.
6. 6. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Kommutierungsvorrichtung auf die Erfassung der Öegen-EMK einer nicht zugeschalteten Wicklung (22) eingerichtet ist zur Ermittlung der relativen Winkelstellung zwischen dem Läufer (10) und dem stationären Anker (15).
7. 7. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungsvorrichtung eine Detektorschaltung zur Erfassung des Stromflusses in den Wicklungen (22) und zur Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals als Anzeige der Drehzahl des Läufers (10) besitzt und noch eine Schaltung zur Zuschaltung der Wicklung enthält zur Verarbeitung der Ausgangssignale der Detektorschaltung zur Erzeugung einer Anzahl von Signalen zur Zuschaltung der einzelnen Wicklungen (22) des Ankers (15), welche in einer vorbestimmten zeitlichen Sequenz aufeinanderfolgend sind.
8. 8. Gleichstrommotor, gekennzeichnet durch: einen stationären Anker (15) mit einem Kern (16) und mindestens zwei Wicklungsstufen (22), wobei jede der Wicklungen konzentrische Windungen der Wicklung enthält, die vom Kern (16) aufgenommen und zur Erzeugung einer vorbestimmten Zahl von Magnetpolen angeordnet sind, wobei die Windungen der Wicklung jeder Wicklungsstufe (22) eine Anzahl von Sätzen von axial verlaufenden Leiterteilen besitzen und diese Zahl gleich der vorbestimmten Zahl der Magnetpole ist, die axial verlaufenden Leiterteile in jedem Satz in dem Anker (15) zur gleichzeitigen Leitung des Stroms in der gleichen axialen Richtung entlang des Kerns (16) angeordnet sind zur Erzeugung eines Magnetpols bei Zuschaltung der den gegebenen Satz enthaltenen Wicklungsstufe, eine Bogen I ängen-''Breite'' jedes gegebenen Satzes von axial verlaufenden Leitern, die kleiner ist als 120 elektrische Grade, einen Läufer (10) mit einer Zahl von konstan-

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   ten Po I bereichen, welche gleich der vorbestimmten Anzahl von Polen ist, wobei dieser Läufer (10) zur Drehung beim Aufbau der von den Windungen der Wicklung (22) erzeugten Magnetpole eingerichtet ist, und eine Kommutierungsschaltung zur Zuschaltung der einzelnen Wicklungen in einer vorbestimmten Weise, wobei diese Kommutierung sscha I tung eine Detektorschaltung zur Erfassung eines G egen-EMK-Signa I s als Anzeige für dieGegen-EMK mindestens einer Wicklung enthält, eine Schaltung zur Ermittlung der Stellung des Läufers zur Verarbeitung des von der Detektorschaltung erfaßten Gegen-EMK-SignaIs und zur Erzeugung eines Ausgangssignals als Simulation der relativen Stellung, welches die relative Winkelstellung zwischen dem Läufer (10) und dem Anker (15) anzeigt, wobei dieses Ausgangssignal für die relative Stellung durch den Gegen-EMK-Zustand einer Wicklung (?2) bestimmt ist, und eine mit dieser Schaltung zur Ermittlung der Stellung gekoppelte Schaltung (160, 162) zur Erzeugung eines Ausgangssignals zur Zuschaltung einer ausgewählten Wicklung.
9. 9. Gleichstrommotorenschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Ermittlung der Stellung in der Kommutierungsschaltung noch eine Schaltung (Figur 41) zur Erzeugung eines Signals proportional zu dem Fluß in einer zu dieser Zeit nicht zugeschalteten Wicklung und zur Erzeugung des Ausgangssignals für die simulierte relative Stellung enthält.
10. 10. Gleichstrommotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Ermittlung der Stellung eingerichtet ist zur Vorverlegung der Kommutierung der Wicklungen um einen Winkel alpha zwischen etwa 5 und 30 elektrischen Graden zur Unterstützung des Aufbaus der Stromstärke bei der Zuschaltung der Wicklungen während des Laufzustandes des Motors.
11. 11. G Ieichstrommotor.nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Ermittlung der Stellung Vorrichtungen zur Änderung des VoreilungswinkeIs alpha für die Kommutierung enthält.

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12. 12. Gleichstrommotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Ermittlung der Stellung in der Kommutierungsschaltung eine Integrator scha Itung (1057) enthält zur Integration des Gegen-EMK-SignaIs von der genannten Detektorschaltung auf eine vorbestimmte Zahl von Volt-Sekunden und die Schaltung zur Ermittlung der Stellung eingerichtet ist zur Erzeugung eines Ausgangssignals zu der vorgenannten Schaltung zur Zuschaltung von Ui ck lungen.
13. 13. Gleichstrommotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Zahl von VoIt-Sekunden an der Schaltung zur Ermittlung der Stellung bei einer Wi eke I steI lung des Läufers (10) relativ zum Anker (15) auftritt, welche dem Vorei lungswinke I alpha der Kommutierung entspricht.
14. 14. Gleichstrommotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Ermittlung der Stellung in der Kommutierungsschaltung einen spannungsgesteuerten Oszillator (148, 154, 158) (Figur 16) enthält zur Aufnahme der Ausgangssignale der Detektorschaltung und zur Erzeugung von Ausgangsimpulsen mit einer Frequenz entsprechend dem Ausgangssignal des Detektors und noch eine Zählvorrichtung (160, 162) zur Verarbeitung der Signale des Oszillators und zur Erzeugung eines Ausgangssignals nach einer vorbestimmten Anzahl von Impulsen vorgesehen ist.
15. 15. Gleichstrommotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung der Kommutierungsschaltung zur Erfassung der Gegen-EMK einer einzigen Wicklung zu einem Zeitpunkt eingerichtet ist und die Schaltung weiterhin Schaltereinrichtungen (392, 394, 396, 398) (Figur 25a) enthält zum Durchlassen von Gegen-EMK-SignaI en von den verschiedenen Wicklungen zur Detektorschaltung in Sequenz.
16. 16. Gleichstrommotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Detektorschaltung der Kommutierungsschaltung erfaßte

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    Gegen-EMK noch ein charakteristisches Signal enthält, welches durch eine Vorrichtung (474) zur Unterstützung des Anfahrens erzeugt ist, wobei dieses charakteristisches Signal dem EMK-Zustand des Motors bei niedriger Motordrehzahl zugeordnet ist.
17. 17. Gleichstrommotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungsschaltung weiterhin Vorrichtungen (468, 470, 472) zum Rücksetzen der Schaltung zur Ermittlung der Stellung nach der Erzeugung des Ausgangssignals für die simulierte relative St eI lung ent hält.
18. 18. Gleichstrommotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Schaltungsvorrichtung zur Zuschaltung von Wicklungen in der Kommutierungsschaltung logische Schaltungen (400) enthält zum Empfang der Ausgangssignale der Schaltung zur Ermittlung der Stellung und zur Auswahl einer Zuschaltsequenz für die Wicklung (22).
19. 19. Gleichstrommotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Zuschaltung von Wicklungen in der Kommutierung sschaItung eine Index scha Itung (160, 162) enthält zur Erzeugung einer ZuschaItsequenz für die Wicklungen (22) entsprechend dem Ausgangssignal der Schaltung zur Ermittlung der Stellung.
20. 20. Gleichstrommotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Zuschaltung von Wicklungen in der Kommutierungsschaltung erste und zweite Flip-Flops (160, 162) enthält, der Eingang des ersten Flip-Flops (160) an den Ausgang der Schaltung (148, 154, 158) zur Ermittlung der Stellung gekoppelt ist zur Erzeugung erster und zweiter komplementärer Signale (A, A), der zweite Flip-Flop (162) mit einem Eingang an einen der Ausgänge des ersten Flip-Flops (160) gekoppelt ist zur Erzeugung dritter und vierter komplementärer Signale (B, B).
21. 21. Gleichstrommotorschaltung nsch Anspruch 8, dadurch gekenn-

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    zeichnet, daß die Kommutierungsscha I tung weiterhin Schutzeinrichtungen enthält zur Verhinderung einer Beschädigung der Kommutierung sscha I tung und des Motors infolge einer umgekehrten Polarität einer Gleichstromquelle zur Zuführung von Leistung zur Kommutierung sscha I tung und zum Motor.
22. 22. Gleichstrommotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungsschaltung Leistungsstufen zur Zuführung von Leistung zu den Wicklungen (22) enthält und mit diesen Stufen den Strom in einer Richtung durchlassende Bauelemente (88) verbunden sind zur Ableitung der gespeicherten Energie von einer Wicklung nach dem Abschalten dieser Wicklung.
23. 23. Gleichstrommotor gekennzeichnet durch: einen stationären Anker (15) mit einem mit Nuten (21) ausgestatteten Kern (16) und mindestens zwei Wick lungsstufen (22), wobei jede Wicklungsstufe (22) mindestens eine Spule aus konzentrischen Windungen der Wicklung enthält, welche in nicht benachbarten symmetrisch angeordneten Nuten (21) des Kerns (16) untergebracht und zur Erzeugung einer vorbestimmten Anzahl von Magnetpolen angeordnet sind, wobei die Windungen der Wicklung jeder Wicklungsstufe eine Anzahl von Sätzen von axial verlaufenden Leiterteilen besitzt und diese Zahl gleich der vorbestimmten Zahl der Pole ist, die axial verlaufenden Leiterteile in jedem Satz allgemein eine Hälfte der Leiterteile dieser einen Spule enthalten und die Leiter angeordnet sind zur gleichzeitigen Leitung des Stroms in der gleichen axialen Richtung entlang des Kerns (16) und zur Erzeugung eines Magnetpols bei Zuschaltung der diesen Satz von Leiterteilen enthaltenden Wicklungsstufe (22), eine Bogen I ängen-''Breite'' jedes gegebenen Satzes von axial verlaufenden Leitern, welche kleiner ist als 120 elektrische Grade, einen Läufer (10) mit einer Anzahl von Polbereichen konstanter magnetischer Polarität gleich der vorbestimmten Zahl von Polen, wobei diese Läufer (10) noch zu einer Drehung relativ zum Anker (15) durch die von den Windungen der Wicklung erzeugten Magnetpole eingerichtet ist, und eine Kommu-

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    tierungseinrichtung, welche mit mindestens einer Wicklungsstufe (22) gekoppelt ist zur Erfassung der relativen Ui eke IsteI lung zwischen dem Läufer (10) und dem stationären Anker (15) und zur Zuschaltung der Micklungsstufen (22) in einer vorbestimmten Weise zur Erzeugung der Magnetpole auf dem Anker (15) und der Drehbewegung des Läufers (10).
24. 24. Gleichstrommotor gekennzeichnet durch: einen stationären Anker (15) mit einem Kern (16) und mindestens zwei Uick lungsstufen (22), wobei jede Wicklungsstufe (22) konzentrische Windungen der Wicklung enthält, welche vom Kern (16) aufgenommen und zur Erzeugung einer vorbestimmten Zahl von Magnetpolen angeordnet sind, wobei die Windungen der Wicklung jeder Uicklungsstufe (22) eine Anzahl von Sätzen axial verlaufender Leiterteile besitzen und diese Zahl gleich der vorbestimmten Zahl der Pole ist, die Seitenwindungen oder axial verlaufenden Leiterteile in jedem gegebenen Satz angeordnet sind zur gleichzeitigen Leitung des Stroms in der gleichen axialen Richtung entlang des Kerns (16) und zur Erzeugung einer vorbestimmten ''Breite'* und eines Magnetpols bei Zuschaltung der dem gegebenen Satz von Leiterteilen enthaltenden Uick lungsstufe, einen Läufer (10) mit einer Anzahl von darauf angebrachten Dauermagnet segment en (13, 14), wobei der Läufer zur Drehung durch die vom Anker (15) erzeugten Magnetpole eingerichtet ist, eine Kommutierungsschaltung zur Zuschaltung der Wicklungen (22) in einer vorbestimmten Ueise und mit einem vorbestimmten Winkel alpha der Voreilung, wobei jedes der auf dem Läufer (10) angebrachten Dauermagnet segmente eine Bogenlänge in elektrischen Graden etwa gleich der Wicklungsbreite +180 (N -D/N -2 (alpha) besitzt, wobei N die Anzahl der Wicklungsstufen des Motors ist.
25. 25. Gleichstrommotor nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine bevorzugter vorbestimmter Winkel alpha der Voreilung zwischen etwa 5 elektrische Grade und etwa 30 elektrische Grade U egt.

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26. 26. Gleichstrommotor nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe 180 (N -D/N,mit N gleich der Zahl der Stufen des Motors der Einschaltdauer jeder Wicklung des Motors ausgedrückt in elektrischen Graden entspricht.
27. 27. Gleichstrommotor nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der bevorzugte Wert der ''Breite'* bei Ausnutzung aller Nuten (2D des stationären Ankers (15) und ohne gemeinsame Anordnung von Teiler, verschiedener Wicklungen in einer Nut etwa gleich 180/N ist wobei N gleich der Zahl der Wicklungsstufen (22) in dem Motor ist.
28. 28. Verfahren zur Herstellung eines Gleichstrommotors mit einem stationären Anker mit einem mUNuten ausgestatteten Kern und mindestens zwei Wicklungsstufen, wobei jede Wicklungsstufe konzentrische von dem Kern aufgenommene Windungen der Wicklung enthält, die noch zur Erzeugung einer vorbestimmten Zahl von Magnetpolen angeordnet sind, ein Läufer zur Drehung um eine Längsachse des Kerns bei Vorhandensein der durch die Windungen der Wicklung erzeugte Magnetpole eingerichtet ist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Die einzelnen Wicklungen werden hergestellt durch Wickeln einer vorbestimmten Zahl von Spulen, wobei jede Spule mit einer vorbestimmten Zahl vcn konzentrischen Windungen eines Leiters hergeste I 11 wird , die genannten Spulen jeder Wicklung (22) werden in Nuten (21) des Kerns (16) so eingesetzt, daß die seitlichen Windungsteile derselben mindestens zwei Sätze pro Wicklung bilden und die Seitenwindungen jedes Satzes zur Stromleitung in einer gemeinsamen Richtung entlang der axialen Länge des Kern bei Zuschaltung dieser Wicklung (22) angeordnet sind, und dann wird mindestens eine Wicklungsstufe (22) mit einer Kommutierungseinrichtung zur Erfassung der relativen Winkelstellung zwischen dem Läufer (10) und dem stationären Anker (15) verbunden und die Wicklungen (22) werden zur Zuschaltung in einer vorbestimmten Weise zur Erzeugung von magnetischen Polpaaren auf dem Anker (15) und zur Erzeugung der Drehbewegung des Läufers

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    (10) eingerichtet.
29. 29. Verfahren nach Anspruch 28 dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwindungen jedes Satzes so angeordnet werden, daß eine Breite der leitenden Segmente in dem bevorzugten Bereich von etwa 30 elektrische Grade bis etwa 120 elektrische Grade erzielt wird.
30. 30. Verfahren nach Anspruch 28 dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter aus bifilaren Drähten bestehen und diese Drähte gleichzeitig zur Herstellung der Spulen für jede Uicklung gewickelt werden.
31. 31. Bürstenloser Gleichstrommotor gekennzeichnet durch: einen stationären Anker (15) mit einem Kern (16) und mindestens z^ei U! ck lungsstufen (22), wobei jede Uicklung konzentrische Windungen der Uicklung enthält, die vom Kern (16) aufgenommen und zur Erzeugung einer vorbestimmten Zahl von Magnetpolen angeordnet sind, ein zur Drehung um die Längsachse durch die von dem Anker (15) erzeugten Magnetpole eingerichteter Läufer (10), und eine Kommutierung sscha I tung zur Zuschaltung der Uicklungen (22) nach einer vorbestimmten Weise, wobei die Kommutierungsschaltung eine Detektorschaltung mit Einrichtungen (130, 136) enthält, durch welche entsprechend dem von den Amaturwicklungen (22) aufgenommenen Strom ein Ausgangssignal zur Anzeige dieser Größe erzeugbar ist, eine Schaltung (138, 140) zur Teilung des genannten Ausgangssignals um einen Faktor entsprechend dem Widerstand der Amaturwicklungen, eine Schaltung (144) zur Subtraktion des erhaltenen maßstäblich geteilten Signals von der an den Wicklungen (22) des Ankers (15) zugeführten Spannung zur Erzeugung eines Signals (V -IR) als Anzeige der Gegen-EMK des bürstenlosen Gleichstrommotors, und eine Frequenzschaltung (148, 154, 158) zur Aufnahme des Oegen-EMK-SignaIs und zur Erzeugung eines Signals mit einer zur Gegen-EMK proportionalen Frequenz als Anzeige für die Drehzahl des Läufers (10), wobei diese Frequenzschaltung ein Ausgangssignal mit einer Mindestfrequenz zur Unterstützung des Anfahrens des

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    - 11 bürstenlosen Gleichstrommotors besitzt.
32. 32. Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz scha I tung einen spannungsgesteuerten Oszillator zur Erzeugung mit einer zur Spannung proportionalen Frequenz als Anzeige für die Drehzahl des Läufers (10) enthält und der spannungsgesteuerte Oszillator ein Ausgangssignal mit einer Mindestfrequenz besitzt zur Unterstützung des Anfahrens des bürstenlosen Gleichstrommotors.
33. 33. Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungsschaltung noch eine Schaltung (170, 172) (Figur 18) enthält zur Verhinderung der Zuführung des Signals der Detektorschaltung als Anzeige der Gegen-EMK zu der Frequenzscha 11ung (174, 176, 178) und eine zugehörige Schaltung zur selektiven ersatzweisen Zuführung eines Signals proportional zur Mo tor be I astung zu der Frequenzschaltung.
34. 34. Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur ersatzweisen Zuführung eines Signals proportional zur Motorbelastung eine Schaltung (194, 196) zur Abtastung eines ersten Teils des Stroms in der Motorwicklung, eine Schaltung zur Abtastung eines zweiten Teils der Stromstärke in der Motorwicklung, eine Schaltung (168) zum Vergleich dieser ersten und zweiten Tei labtastsigna I e und zur Abänderung der Frequenz des Ausgangssignals der Frequenzschaltung enthält.
35. 35. Kommutierungsschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem stationären Anker mit einer Längsachse, einer Anzahl von in diesem Anker angeordneten Wicklungen zur Erzeugung von Magnetfeldern, einem zur Drehung um diese Längsachse durch die von dem Anker erzeugten Magnetfelder eingerichteten Läufer, gekennzeichnet durch: eine Detektorschaltung (130, 136) zur Erfassung des durch die Wicklungen (22) des Ankers (15) aufgenommenen Stroms, eine Schaltung (138, 140) zur maßstabsgemäßen

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    Unterteilung des erfaßten Stromstärkesignals entsprechend dem Widerstand der Wicklungen, eine Schaltung zur Erfassung der an der Wicklung (22) zugeführten Spannung und zur Erzeugung eines Ausgangssignals (V -IR) als Anzeige für die Drehzahl des Läufers (10), und eine Indexschaltung (160, 162) zur Aufnahme des Ausgangssignals der Detektorschaltung (130, 136) und zur Erzeugung einer Anzahl von Ausgangssignalen zur Anzeige einer relativen Stellung des Läufers (10) zu dem Anker (15), eine Schaltung zur Aufnahme dieser Anzahl von Ausgangssignalen von der Indexschaltung und zur Zuschaltung der Wicklungen (22) in einer vorbestimmten Sequenz gemäß der relativen Stellung des Läufers (10).
36. 36. Kommutierungsschaltung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorschaltung eine spannungsgesteuerte Oszi I la tor scha Itung (148, 154, 158) zur Erzeugung eines Signals mit einer Frequenz proportional zur Drehzahl des Läufers (10) des bürstenlosen Gleichstrommotors enthält.
37. 37. Bürstenloser Gleichstrommotor mit einem stationären Anker mit mindestens zwei verschiedenen zuschaltbaren auf dem Anker angeordneten Wicklungen zur Erzeugung von untereinander beabstandeten Magnetfeldern und mit einem zur Drehung um eine Längsachse durch diese Magnetfelder eingerichteten Läufer, gekennzeichnet durch: einen Messfühler für die Lauf er steI lung (526, 522) (Figur 27) zur Erzeugung von Impulsausgangssignalen als Anzeige der Stellung des Läufers (10) relativ zum stationären Anker (15), eine Schrittschal t log i k scha I tung (528) zur Aufnahme der Impulsausgangssignale von dem Messfühler (522) für die Lauferste I lung und zur Hemmung der kontinuierlichen Kommutierung der Wicklung in einer vorbestimmten Sequenz, eine BetriebsartSteuer scha I tung (536) zur Aufnahme der Impulsausgangssignale von dem Messfühler (522) für die Lauf er steI lung zur Aufnahme der Kommandosignale für die Drehrichtung und zur Aufnahme der Kommandosignale für kontinuierlichen Betrieb und schrittweisen Betrieb»zur Erzeugung eines Ausgangssignals zur Auswahl einer Wicklung für die Zuschaltung,

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    eine Impulsmodulatorschaltung (543) zur Aufnahme der Signale von der Betriebsaussteuerschaltung (536) und zur Erzeugung eines Ausgangssignals zur Zuschaltung einer ausgewählten Wicklung, und einen Strommessfühler (542) zur Erfassung des Stromflusses durch die Wicklungen des Motors (520) und zur Erzeugung eines Ausgangssignals zu der Impulsmodulatorschaltung (543) zur Hemmung oder Sperrung der Ausgangssignale der Impulsmodulatorschaltung während einer vorbestimmten Zeitdauer, wenn die Motorstromstärke einen vorbestimmten Wert überschreitet, zur Begrenzung der Amplitude der dem Motorwick lungen zugeführten Stromstärke.
38. 38. Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Messfühler (522) für die Läuferstellung stationäre Erregerspulen und Auf nehmerspu I en und einen vom Läufer getragenen umlaufenden Verschluß enthält zur Ankopplung und Entkopplung der Spulen in Sequenz zur Erzeugung von Ausgangssignalen als Anzeige der Stellung des Läufers relativ zum stationären Anker.
39. 39. Bürstenloser Gleichstrommotor mit einem stationären Anker mit mindestens zwei verschiedenen zuschaltbaren Wicklungen zur Erzeugung beabstandet er magnetischer Felder in zeitlicher Reihenfolge, einem zur Drehung um eine Längsachse durch die magnetischen Felder eingerichteten Läufer undeiner Kommutierungsschaltung zur Steuerung der Kommutierung der Wicklungen dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungsschaltung (Figur 25) umfaßt: eine Schaltung (816) zur Ermittlung der Stellung zur Simulation der Läuferstellung, eine Schaltung (818) zur Zuschaltung einer ausgewählten Wicklung der Wicklungen gemäß der simulierten Lauf er ste I lung, und eine Schutzschaltung gegen Unterdrehzahl zur Verhinderung einer Zuschaltung einer ausgewählten Wicklung durch die Schaltung (818), wenn die Motordrehzahl während einer vorbestimmten Zeitdauer geringer ist als ein vorbestimmter Mindestwert.
40. 40. Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 39, dadurch

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    gekennzeichnet, daß die Schaltung (824) zum Schutz gegen Unterdrehzahl Einrichtungen zur Änderung des genannten vorbestimmten Mindestwertes der Motordrehzahl enthält.
41. 41. Bürstenloser Gleichstrommotor nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (824) zum Schutz von Unterdrehzahl eine Rückstelleinrichtung (506, 510) enthält welche eine Zuschaltung der Motorwicklungen n.ich einer vorbestimmten Zeitdauer gestattet.
42. 4?. Bürstenloser Gleichstrommotor mit einem stationären Anker mit mindestens zwei verschieden zuschaltbaren Wicklungen, welche auf dem Anker angeordnet und zu einer Spannungsquelle zuschaltbar sind zur Erzeugung beabstandet er magnetischer Felder in zeitlicher Sequenz, einem zur Drehung um eine Längsachse durch diese magnetischen Felder angeordneten Läufer und einer Kommutierungsschaltung zur Steuerung der Kommutierung der Wicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungsschaltung enthält: eine Schaltung (816) zur Ermittlung der Stellung und zur Simulation der Lauf ersteI lung, eine Schaltung (818) zur Zuschaltung einer ausgewählten Wicklung der Wicklungen zur Leistungszufuhr von der Spannungsquelle gemäß der simulierten Läuferstellung, und eine Schaltung (820) zum Schutz vor Unterspannung zur Verhinderung der Zuschaltung einer ausgewählten Wicklung durch die Schaltung (818), wenn die Ausgangsspannung der Spannungsquelle kleiner ist als ein vorbestimmter Mindestwert.
43. 43. Bürstenloser Gleichstrommotor mit einem stationären Anker mit mindestens zwei verschiedenen zuschaltbaren auf dem Anker angebrachten Wicklungen, die zu einer Spannungsquelle zur Leistungszufuhr und zur Erzeugung beabstandeter magnetischer Felder in zeitlicher Sequenz angeordnet sind, einem zur Drehung um eine Längsachse bei Vorhandensein der magnetischen Felder eingerichteten Läufer, und einer Kommutierungsschaltung zur Steuerung der Kommutierung der Wicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß die

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    Kommutierungsschaltung umfaßt: eine Ste I I ungsdetektοrscha 11ung (816) zur Simulation der Läuferstellung, eine Schaltung (818) zur Zuschaltung einer ausgewählten Wicklung der Wicklungen und zur Versorgung mit Leistung von der Spannungsquelle, eine überspannung sscha 11ung (822) zur Verhinderung der Schaltung (818) an der Zuschaltung einer ausgewählten Wicklung, wenn die Ausgangsspannung der Spannungsquelle größer als ein vorbestimmter Maximalwert ist.
44. 44. Kommutierungsschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem stationären Anker mit mindestens zwei auf dem Anker angebrachten zuschaItbaren Wicklungen zur Erzeugung von beabstandeten magnetischen Feldern in zeitlicher Sequenz, einem zur Drehung um eine Längsachse bei Vorhandensein der von dem Anker erzeugten magnetischen Felder eingerichteten Läufer, und einer KommutierungsschaItung zur Steuerung der Kommutierung der Wicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungsschaltung Einrichtungen zur Unterstützung des Anfahrens des Motors enthält durch Erzeugung eines charakteristischen Signals, welches einem EMK-Zustand des Motors bei niedriger Motordrehzahl zugeordnet ist, wobei dieses charakteristische Signal eine bedeutend geringere Amplitude besitzt als die EMK, welche dem Motor bei voller Betriebsdrehzahl zugeordnet ist.
45. 45. Gleichstrommotor gekennzeichnet durch: einen stationären Anker mit einem Kern und mindestens zwei Wicklungsstufen, wobei jede Wicklungsstufe konzentrische Windungen der Wicklung enthält, die in dem Kern aufgenommen und zur Erzeugung einer vorbestimmten Zahl von Magnetpolen angeordnet sind, wobei die Windungen jeder Uicklungsstufe eine Anzahl von Sätzen von axial verlaufenden Leiterteilen besitzen und diese Zahl gleich der vorbestimmten Zahl von Magnetpolen ist, die axial verlaufenden Leiterteile in jedem Satz in dem Anker zur gleichzeitigen Leitung des Stroms ^n der gleichen axialen Richtung entlang des Kern angeordnet sind zur Erzeugung eines Magnetpols bei Zuschaltung der den gegebenen Satz

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    enthaltenen Wicklungsstufe, einen Läufer mit konstarten Magnetpo Ibereichen, deren Zahl gleich der vorbestimmten Zahl von Polen ist, wobei der Läufer noch zur Drehung bei Vorhandensein der von den Windungen der Wicklung erzeugten Magnetpole eingerichtet ist, gekennzeichnet durch: eine Kommutierungsschaltung zur Zuschaltung der Wicklungen in einer vorbestimmten Weise,eine' Detektorschaltung (814) in dieser Kommutierungsschaltung zur Erfassung einesGegen-EMK-SignaIs als Anzeige der G,egen-EMK in mindestens einer Wicklung, eine Schaltung (816) zur Ermittlung der Stellung, welche nur auf einen Teil des EMK-Signals von der Detektorschaltung (814) mit positiver Polarität anspricht, zur Integration dieses Teils des EMK-Signals mit positiver Polarität auf eine vorbestimmte Zahl von Volt-Sekunden, worauf durch die Schaltung (816) zur Ermittlung der Stellung ein Ausgangssignal zur Simulation der relativen Stellung erzeugbar ist zur Einstellung einer vorbestimmten Voreilung des Kommutierungswinkels alpha von etwa 5 elektrische Grade bis etwa 30 elektrische Grade bei Vorhandensein dieses Ausgangssignals als Simulation der relativen Stellung aus der Schaltung (816) zur Ermittlung der Stellung und zur Erzeugung eines Ausgangssignals zur Zuschaltung einer ausgewählten Wicklung der Wicklungen.
46. 46. Verfahren zur Erzeugung von Kommutierungssignalen für einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem stationären Anker mit einer Längsachse, einer Anzahl von stationären Ankerwicklungen, die in dem Anker zur Erzeugung von Magnetfelder bei Zuschaltung einer ausgewählten Wicklung angeordnet sind, und einem Läufer mit konstanten MagnetpoIbereichen zur Drehung um die Längsachse bei Vorhandensein der durch die selektive Zuschaltung einer Wicklung ei— zeugten Magnetfelder gekennzeichnet durch folgende in Sequenz wiederholte Verfahrensschritte:
    Mindestens eine Wicklung wird zugeschaltet, die induzierte Spannung über einer nicht zugeschalteten Wicklung wird gemessen,
    diese gemessene Spannung wird integriert,

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    das Spannungsintegral wird mit einer Bezugsspannung verglichen,

    wenn das Spannungsintegral die Bezugsspannung übersteigt, dann wird das Spannungsintegral auf einen Anfangswert zurückgesetzt und eine andere Wicklung zugeschaltet.
47. 47. Verfahren nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Integration über einem Zeitintervall ausgeführt wird, das kleiner ist als die Zeitdauer, in der mindestens eine Wicklung zugeschaltet ist.
48. 48. Verfahren nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Integration nach einer kurzen Zeit nach dem Zuschalten mindestens einer Wicklung eingeleitet wird.
49. 49. Kommutierungsschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem stationären Anker mit einer Längsachse, einer Anzahl von auf dem Anker angebrachten Ankerwicklungen zur Erzeugung von Magnetfeldern, einem Läufer mit konstanten Magnetpolbereichen zur Drehung um die Längsachse bei Vorhandensein der vom Anker erzeugten Magnetfelder, gekennzeichnet durch:

    Einen Zähler (1095) (Figur 45) zur Identifizierung der zugeschalteten Wicklung, eine Schaltung (1097, 1099, 1101, 1103) zur Erfassung der induzierten Spannung in einer zu dieser Zeit nicht zugeschalteten Wicklung,

    eine Schaltung (1109) zur Integration dieser erfaßten induzierten Spannung,

    einen Komparator (1113) zum Vergleich des Spannungsintegrals mit einer Bezugsspannung (1115) und zur Erzeugung eines Ausgangssignals, wenn das Spannungsintegral die Bezugsspannung (1115) übersteigt,

    eine auf das Ausgangssignal des Komparators (1113) ansprechende Schaltung zur Rückführung des Integrators (1109) auf seinen Anfangszustand und zur Weiterführung des Zählers (1095) um einen Schritt.

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50. 50. Kommutierungsschaltung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler einen Ringzähler (1095) enthält.
51. 51. Kommutierungsschaltung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Ausgangssignal des Komparators (1113) ansprechende Schaltung einen Univibrator (1117) enthält zur Rückstellung des Integrators (1109) und eine Differenzierungsschaltung (1121) vorgesehen ist, weiche auf das Ausgangssignal des Univibrators (1117) anspricht zur Weiterführung des Zählers (1095) um einen Zählschritt.
52. 52. Kommutierungsschaltung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Erfassung der induzierten Spannung eine Anzahl von elektrisch betätigbaren Schaltern (1097, 1099, 1101, 1103) enthält, die mit Zuleitungen zu Motorwicklungen verbunden sind und auf das Ausgangssignal des Zählers (1095) ansprechen zur Erfassung einer induzierten Spannung in einer Wicklung, welche zu diesem Zeitpunkt von dem Zähler (1095) nicht als eine gerade zugeschaltete Wicklung identifiziert ist.
53. 53. Kommutierungsschaltung nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (1095) ein Freigabesignal zur Freigabe der Erfassung der Spannung in der als nächstes zuzuschaltenden Wicklung erzeugt.
54. 54. Verfahren zur Feststellung der Ruhestellung eines Läufers in einem Gleichstrommotor, wobei der Läufer konstante Magnetpolbereiche besitzt und der Gleichstrommotor Ankerwicklungen auf dem stationären Anker besitzt, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

    Es wird ein Spannungsimpuls an einer Amaturwick lung (1205) (Figur 40) zugeführt, und

    die durch den Spannungsimpuls und eine etwa vorhandene zugeordnete Läuferbewegung in einer anderen Amaturwick lung (1211) induzierte Spannung wird erfaßt.

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55. 55. Verfahren nach Anspruch 54 gekennzeichnet durch den weiteren Verfahrensschritt der Zuführung eines weiteren Spannungsimpulses zu einer anderen Amaturwicklung als der vorgenannten Amaturwicklung und Erfassung der in einer weiteren anderen Amaturwick lung
    induzierten Spannung.

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