DE3421104A1 - Electronically commutated DC motor - Google Patents

Abstract

An electronically commutated DC motor having a permanent magnet (3) as a rotor, having a stator (5) with a plurality of salient poles (S1 to S6) with motor windings (for example W10, W11), which are driven in a unipolar manner, and having a rotor-position detector (9). In this case, the winding of each salient pole is divided into a first and a second partial winding (for example W10 and W11 respectively) with an opposing winding direction. The first partial windings are distributed continuously in the rotation direction and in a cyclic sequence on three winding groups which are connected in series. The corresponding second partial winding (for example W21) of the adjacent salient pole is included in each group for each first partial winding (for example W10). Thus, pairs of adjacent salient poles can always be activated simultaneously, but with different magnetic polarity, with the aid of the Hall elements (91, 92, 93) of the rotor-position detector. <IMAGE>

Description

Elektronisch konmutierter GleichstrommotorElectronically mutated DC motor

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to an electronically commutated direct current motor according to the preamble of the main claim.

Elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren, oft auch als kollektorlose Gleichstrommotoren bezeichnet, sind allgemein bekannt. Gewöhnlich bildet ein mehrpoliger Permanentmagnet den Rotor und der Stator weist mindestens drei Polschenkel auf, die zugeordnete Motorwicklungen tragen. Der Motor kann als Innen- oder Außenläufer ausgebildet sein, in jedem Fall besitzt er einen feststehenden Rotorpositionsdetektor, zumeist aus Hallelementen aufgebaut, die die jeweilige Position des Rotors feststellen. In Abhängigkeit von der Rotorposition werden die Motorwicklungen selektiv in zyklischer Folge mit Hilfe einer Ansteuerungsschaltung an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen.Electronically commutated DC motors, often as brushless DC motors referred to are generally known. Usually forms a multi-pole Permanent magnet the rotor and the stator has at least three pole legs, carry the assigned motor windings. The motor can be an internal or external rotor be designed, in any case it has a fixed rotor position detector, mostly made up of Hall elements that determine the respective position of the rotor. Depending on the rotor position, the motor windings are selectively cyclical Sequence connected to a DC voltage source with the help of a control circuit.

Gleichstrommotoren dieser Art sind vorzugsweise Kleinmotoren, bei denen der Aufwand für die Kommutierung, d. h.DC motors of this type are preferably small motors where the effort for commutation, d. H.

die Ansteuerung der Wicklungen bereits einen wesentlichen Anteil an den Gesamtkosten des Produkts darstellt. Deshalb sind bereits eine Vielzahl von Lösungsvorschlägen bekannt, die darauf abzielen, bei hohem Wirkungsgrad den Aufwand für die Kommutierung herabzusetzen, sei es hinsichtlich eines besonders einfachen Aufbaus des Rotorpositionsdetektors mit wenigen Hallelementen oder hinsichtlich der eigentlichen Ansteuerschaltung in Verbindung mit geeigneten Wicklungsanordnungen.the control of the windings already plays a significant role represents the total cost of the product. That is why there are already a large number of Proposed solutions known that aim at high efficiency the effort reduce for the commutation, be it with regard to a particularly simple one Structure of the rotor position detector with a few Hall elements or with regard to the actual control circuit in connection with suitable winding arrangements.

Ein Beispiel für einen solchen Lösungsansatz ist aus der DE-AS 25 39 625 bekannt, in der ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor mit einem zwei- bzw. vierpoligen Permanentmagneten als Rotor und einem Stator mit drei Statorwicklungen bzw. drei Paaren von Statorwicklungen beschrieben ist, die in Serie oder parallel geschaltet sind. Bei diesem bekannten kollektorlosen Gleichstrommotor soll die Kommutierung durch nur zwei Hallelemente erfolgen. Unabhängig davon ist der hier beschriebene Gleichstrommotor ein Beispiel für die Gruppe von elektronisch kommutierten Motoren mit unipolarer Ansteuerung, bei der die Ströme durch die Statorwicklungen immer nur in einer Richtung fließen. Dieses Ansteuerprinzip gestattet es, die Ansteuerungsschaltung in einfacher Weise mit nur drei Leis tungstransistoren Zll verwirklichen. Ein Nachteil des herkömmlichen unipolar angesteuerten Gleichstrommotors ist jedoch, daß er in Bezug auf seine Drehmomentcharakteristik weniger günstiger liegt, als die zweite Gruppe von kollektorlosen Gleichstrommotoren, die bipolar angesteuert-werden.An example of such a solution approach is from DE-AS 25 39 625 known, in which an electronically commutated DC motor with a two- or four-pole permanent magnets as a rotor and a stator with three stator windings or three pairs of stator windings is described, which are in series or in parallel are switched. In this known brushless DC motor, the commutation done by just two Hall elements. Regardless of this, the one described here DC motor an example of the group of electronically commutated motors with unipolar control, in which the currents through the stator windings always only flow in one direction. This control principle allows the control circuit realize in a simple manner with only three power transistors Zll. A disadvantage of the conventional unipolar driven DC motor is that it is in In terms of its torque characteristics, it is less favorable than the second Group of brushless DC motors that are controlled in a bipolar manner.

Ein Beispiel für diese Gruppe der kollektorlosen Gleichstrommotoren ist aus der DE-OS 33 20 133 bekannt. Mit diesem Ansteuerungsprinzip ist bei sonst vergleichbaren Gleichstrommotoren eine bessere Drehmomentcharakteristik zu erzielen, da das vorgegebene Wickelvolumen besser ausgenutzt wird. Nachteilig ist jedoch hier, daß die Stromrichtung umgeschaltet werden muß, was normalerweise eine Verdoppelung der Zahl der Leistungstransistoren bedeutet, um alternativ die Statorwicklungen an den positiven bzw.An example of this group of brushless DC motors is known from DE-OS 33 20 133. With this control principle is otherwise to achieve better torque characteristics than comparable DC motors, because the given winding volume is better used. However, the disadvantage here is that the current direction has to be switched, which is normally a doubling the number of power transistors means to alternate the stator windings to the positive resp.

negativen Pol der Gleichspannungsquelle anzuschließen.to connect the negative pole of the DC voltage source.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kollektorlosen Gleichstrommotor zu schaffen, der eine kleine Hochlaufzeit hat und dessen Drehmomentcharakteristik der von herkömmlichen kollektorlosen Gleichstrommotoren mit bipolarer Ansteuerung möglichst entspricht, jedoch keine so aufwendige Ansteuerungselektronik wie beim üblichen bipolar angesteuerten Gleichstrommotor erfordert.The present invention is therefore based on the object To create a brushless DC motor that has a short run-up time and its torque characteristic is that of conventional brushless DC motors with bipolar control as much as possible, but not so complex control electronics as required for the usual bipolar controlled DC motor.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Hauptanspruches beschriebenen Merkmalen gelöst.According to the invention, this object is achieved with the characterizing features of the main claim features described solved.

Die Unterteilung der Motorwicklungen in Teilwicklungen mit qeqenläufigem Wicklungssinn ermöglicht es, den so gebildeten Stator unipolar anzusteuern, dabei jedoch eine Anordnung zu schaffen, die funktional aufgrund der gegebenen Verknüpfung der Teilwicklungen herkömmlichen bipolar angesteuerten kollektorlosen Gleichstrommotoren entspricht. So ergibt das Verkettungsschema der Teilwicklungen, daß z. B. bei einer geradzahligen Anzahl von Polschenkeln einander diametral gegenüberstehende Polschenkel mit gleicher Polarität entstehen, jedoch unmittelbar benachbarte Polschenkel entgegengesetzte Polarität aufweisen. Ein derartig aufgebauter kollektorloser Gleichstrommotor weist ein gegenüber herkömmlichen unipolar angesteuerten Gleichstrommotoren wesentlich verbessertes Drehalolnelltverhalten auf. Jedoch ist einzusehen, daß der optimale Ausnutzungsgrad des Wickel volumens wie er bei herkömmlichen bipolar angesteuerten kollektorlosen Gleichstrommotoren gegeben ist, hier nicht vollständig erreicht werden kann. Daher kommt die Drehmomentcharakteristik bei einem Motoraufbau gemäß der Erfindung der eines herkömmlich bipolar angesteuerten kollektorlosen Gleichstrommotors zwar nahe, kann sie jedoch nicht vollständig erreichen.The division of the motor windings into partial windings with equivalent Winding sense makes it possible to control the stator formed in this way in a unipolar manner, at the same time however, to create an arrangement that is functional due to the given linkage of the partial windings of conventional bipolar controlled brushless DC motors is equivalent to. Thus, the interlinking scheme of the partial windings shows that, for. B. at a even number of pole legs diametrically opposite pole legs arise with the same polarity, but directly adjacent pole legs opposite one another Have polarity. A brushless DC motor constructed in this way has a significant compared to conventional unipolar controlled DC motors improved Drehalolnell behavior. However, it will be appreciated that the optimal Utilization of the winding volume as it is with conventional bipolar controlled Brushless DC motors are given, cannot be fully achieved here can. Hence the torque characteristic in a motor structure according to the invention that of a conventionally bipolar controlled brushless DC motor close, but cannot fully reach it.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 und Fig. 2 zwei Schnittdarstellungen eines als Außenläufer aufgebauten kollektorlosen Gleichstrommotors, Fig. 3 schematisch den Aufbau des Stators dieses Gleichstrommotors mit drei Polschenkelpaaren und je zwei Teilwicklungen pro Polschenkel mit gegenläufigem Wicklungssinn, Fig. 4 ein Schaltschema für die Verknüpfung der in Fig. 3 dargestellten Teilwicklungen, Fig. 5 ein Prinzipschaltbild für die Ansteuerung dieses Motors und Fig. 6 bis 8 je eine Darstellung einer Momentanposition des Läufers relativ zum Stator für verschiedene Winkelstellungen zur Erläuterung der Schaltfunktion der in rig.An embodiment of the invention is described below with reference to the Drawing described in more detail. 1 and 2 show two sectional views one as External rotor mounted brushless DC motor, 3 schematically shows the structure of the stator of this direct current motor with three pairs of pole limbs and two partial windings per pole leg with opposite winding directions, Fig. 4 is a circuit diagram for linking the partial windings shown in FIG. 3, 5 shows a basic circuit diagram for the control of this motor and FIGS. 6 to 8 a representation of an instantaneous position of the rotor relative to the stator for different Angular positions to explain the switching function of the rig.

5 dargestellten Schaltungsanordnung.5 shown circuit arrangement.

In Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines kollektorlosen Gleichstrommotors im Schnitt dargestellt, Fig. 2 zeigt einen dazu senkrecht liegenden Schnitt längs der Schnittlinie II-II. Eine umlaufende Welle 1 trägt mit Festsitz einen Läuferkäfig 2, der zusammen mit einem an seiner lnnenwandung anliegenden Permanentmagneten 3 den Rotor des Gleichstrommotors bildet. Der feststehende Stator des Motors besteht aus einer mit Spielsitz über die Welle 1 geschobenen Hülse 4, auf die ein Stator 5 zusammen mit schematisch angedeuteten Motorwicklungen 6 mit Festsitz auf geschoben ist. Durch eine Distanzbuchse 7 zum Stator 5 auf Abstand gehalten, ist eine Magnetplatte 8 ebenso feststehend auf die Hülse 4 aufgepreßt. Die Magnetplatte 8 trägt einen Rotorpositionsdetektor 9 mit drei Hallelementen, die in einer festgelegten Winkelposition in Bezug auf den Stator 5 angeordnet sind. Die Hülse 4 ist in eine feststehende, einen Teil eines Motorgehäuses bildende Lagerbuchse 10 eingeschoben, die koaxial zur Welle 1 angeordnet und in Fig. 1 nur teilweise gezeigt ist. Die Anschlüsse für die Motorwicklung 6 sind mit 11 bezeichnet und werden seitlich in einem Zwischenraum zwischen Läuferkäfig 2 und dem feststehenden Motorgehäuse herausgeführt.In Fig. 1 is a side view of a brushless DC motor shown in section, Fig. 2 shows a longitudinal section perpendicular thereto the section line II-II. A rotating shaft 1 carries a rotor cage with a tight fit 2, which together with a permanent magnet 3 forms the rotor of the DC motor. The fixed stator of the motor is made from a sleeve 4 pushed over the shaft 1 with a play fit onto which a stator 5 pushed together with schematically indicated motor windings 6 with a tight fit is. A magnet plate is held at a distance from the stator 5 by a spacer bushing 7 8 pressed onto the sleeve 4 in a fixed manner. The magnetic disk 8 carries a Rotor position detector 9 with three Hall elements, which are in a fixed angular position are arranged with respect to the stator 5. The sleeve 4 is in a fixed, a part of a motor housing forming bearing bushing 10 pushed in, the coaxial arranged to shaft 1 and in Fig. 1 is only partially shown. The connections for the motor winding 6 are denoted by 11 and are laterally in a space between the rotor cage 2 and the stationary motor housing led out.

Der vorstehend beschriebene prinzipielle Aufbau eines kollektorlosen Gleichstrommotors läßt offen wie der ringförmige Permanentmagnet 3 und der entsprechende Stator 5 im einzelnen aufgebaut sein sollen. Allgemein wird davon ausgegangen, daß bei 2n Polen des Permanentmagneten 3 der Stator 5 3n Polschenkel aufweist und dementsprechend dann die Hallelemente 9 um einen Winkel von 1200/n radial gegeneinander versetzt angeordnet sind, dabei ist n ganzzahlig. Als ein Beispiel aus dieser Menge von Teilungsmöglichkeiten wird im folgenden eine Ausführungsform beschrieben, die einen vierpoligen Permanentmagneten 3, einen Stator 5 mit sechs Polschenkeln und als Rotorpositionsdetektor 9 drei um 60° radial gegeneinander versetzte Hallelemente aufweist. Der zugehörige Stator 5 ist in Fig. 3 schematisch dargestellt, jeder seiner Polschenkel S1 bis S6 trägt eine Motorwicklung, die jeweils in zwei Teilwicklungen gegliedert ist. Die Polschenkel und diese Teilwicklungen sind im Uhrzeigersinn fortlaufend bezeichnet, so daß z. B. auf dem Polschenkel S1 Teilwicklungen angeordnet sind, die mit W10 bzw. W11 bezeichnet sind.The above-described basic structure of a brushless DC motor leaves open as the annular permanent magnet 3 and the corresponding Stator 5 should be constructed in detail. It is generally assumed that with 2n poles of the permanent magnet 3, the stator 5 has 3n pole legs and accordingly then the Hall elements 9 radially offset from one another by an angle of 1200 / n are arranged, where n is an integer. As an example from this multitude of possibilities for division an embodiment is described below, which a four-pole permanent magnet 3, a stator 5 with six pole legs and as a rotor position detector 9 three um Has Hall elements that are radially offset from one another by 60 °. The associated stator 5 is shown schematically in Fig. 3, each of its pole legs S1 to S6 carries a motor winding, which is divided into two partial windings. The pole legs and these partial windings are continuously indicated in a clockwise direction, so that, for. B. arranged on the pole leg S1 partial windings, which are denoted by W10 and W11 are.

Jede Teilwicklung ist außerdem mit einem Pfeil bezeichnet, der den Wicklungssinn schematisch andeuten soll, woraus deutlich wird, daß die beiden auf einem Schenkel angeordneten Teilwicklungen jeweils einander entgegengesetzten Wicklungssinn aufweisen.Each partial winding is also marked with an arrow that denotes the Winding sense should indicate schematically, from which it is clear that the two on one leg arranged partial windings in each case opposite winding directions exhibit.

In Fig. 4 ist dazu schematisch ein Schaltbild für ein Wicklungsnetzwerk W angegeben, das die Verkettung der einzelnen Teilwicklungen W10 bis W61 zeigt. Dabei handelt es sich um eine Sternschaltung von drei Gruppen zu je vier seriell geschalteten Teilwicklungen mit einem gemeinsamen Sternpunkt D und je einem mit A, B bzw. C bezeichneten Anschluß für die entsprechende Gruppe. Die Aufteilung der Teilwicklungen auf die einzelnen Gruppen der Sternschaltung wird aus einem Vergleich von Fig. 3 mit Fig. 4 deutlich. Sie ist derart getroffen, daß die ersten Teilwicklungen W10, W20, W30, W40, W50 und W60 in Drehrichtung fortlaufend und in zyklischer Folge auf diese Gruppen der Sternschaltung verteilt sind und außerdem in jeder Gruppe zu jeder dieser ersten Teilwicklungen die entsprechende zweite Teilwicklung des benachbarten Polschenkels enthalten ist. Wenn nun alle Teilwicklungen einer Gruppe gemeinsam angesteuert werden, dann sind immer Paare von benachbarten Polschenkeln S1, S2 bzw. S2, S3 oder S3, S4 gleichzeitig, aber mit unterschiedlicher magnetischer Polung aktivierbar.4 is a schematic diagram for a winding network W indicated, which shows the interlinking of the individual partial windings W10 to W61. This is a star connection of three groups of four in series switched partial windings with a common star point D and One port each labeled A, B or C for the corresponding group. the Distribution of the partial windings to the individual groups of the star connection is from a comparison of FIG. 3 with FIG. 4 clearly. It is so hit that the first partial windings W10, W20, W30, W40, W50 and W60 continuously in the direction of rotation and are distributed in cyclical order to these groups of the star connection and also in each group the corresponding second partial winding for each of these first partial windings of the adjacent pole leg is included. If now all partial windings one Group are controlled together, then there are always pairs of adjacent pole legs S1, S2 or S2, S3 or S3, S4 at the same time, but with different magnetic Polarity can be activated.

Daraus läßt sich nun ohne weiteres ableiten, daß diese einzelnen Gruppen von Teilwicklungen bei zyklisch fortschreitender unipolarer Ansteuerung entsprechende Schaltschritte des Gleichstrommotors hervorrufen. Ein Prinzipschaltbild für eine derartige Ansteuerschaltung ist in Fig. 5 dargestellt. Das Schaltbild zeigt schematisch den Permanentmagneten 3, dessen' Magnetpole N bzw. S sich rotatorisch gegenüber dem aus drei Hallelementen 91, 92 und 93 aufgebauten Rotorpositionsdetekor 9 verschieben. Jedes dieser Hallelemente gibt an einem Ausgang in bekannter Weise ein Kontrollsignal ab, dessen jeweiliger Zustand das Gegenüberliegen eines Nord- bzw. eines Südpoles des Permanentmagneten 3 selektiv anzeigt. Das Ausgangssignal eines Hallelementes ist damit ein Positionssignal, das mit Hilfe eines an positiver Betriebsspannung +UB, z. B. +5 V liegenden Arbeitswiderstandes R1 aus einem Stromsignal in ein Spannungssignal umgewandelt wird.From this it can easily be deduced that these individual groups of partial windings with cyclically progressing unipolar control Cause switching steps of the DC motor. A block diagram for a such a control circuit is shown in FIG. The circuit diagram shows schematically the permanent magnet 3, whose 'magnetic poles N and S are opposite to each other in a rotational manner the rotor position detector 9 made up of three Hall elements 91, 92 and 93. Each of these Hall elements gives a control signal at an output in a known manner from, the respective state of which is the opposite of a north or a south pole of the permanent magnet 3 selectively indicates. The output signal of a Hall element is thus a position signal that is generated with the aid of a positive operating voltage + UB, e.g. B. +5 V lying load resistor R1 from a current signal into a voltage signal is converted.

Jedes der drei Hallelemente 91, 92 bzw. 93 erzeugt ein derartiges Positionssignal, das in einem separaten nachfolgenden Ansteuerungszweig weiter verarbeitet wird. Diese drei Zweige der Schaltungsanordnung sind im wesentlichen identisch, so daß es genügt z. B. den dem Hallelement 91 zugeordneten Ansteuerungszweig weiter zu betrachten. Das erwähnte Positionssignal wird dabei einem Eingang eines invertierenden ODER-Gliedes OG zugeführt, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des entsprechenden ODER-Gliedes des zyklisch zuvor aktivierten Ansteuerungszweiges verbunden ist. Diese Schaltfunktion des ODER-Gliedes OG gewährleistet, daß selektiv in zyklischer Folge jeweils immer nur ein Ansteuerungszweig aktiviert wird.Each of the three Hall elements 91, 92 and 93 generates one of these Position signal, which is in a separate subsequent Control branch is further processed. These three branches of circuitry are essential identical, so that it is sufficient z. B. the control branch associated with the Hall element 91 to look further. The mentioned position signal is an input of a inverting OR gate OG, the second input to the output of the corresponding OR element of the cyclically previously activated control branch connected is. This switching function of the OR gate OG ensures that it is selective only one control branch is activated in a cyclical sequence.

Der Signalpegel am Ausgang eines ODER-Gliedes wird einem Eingang eines UND-Gliedes mit invertiertem Ausgang zugeführt und damit umgesetzt. Den zweiten Eingängen der UND-Glieder in den drei Ansteuerungszweigen kann parallel ein Steuersignal SS zugeführt werden, das beispielsweise ein Freigabesignal für die Erregung der Motorwicklungen W darstellt, d. h. das eigentliche Betriebssteuersignal für den Gleichstrommotor bildet.The signal level at the output of an OR gate becomes an input of a AND gate with inverted output supplied and thus implemented. The second Inputs of the AND gates in the three control branches can receive a control signal in parallel SS are supplied, for example, a release signal for the excitation of the Represents motor windings W, d. H. the actual operating control signal for the DC motor forms.

Wegen der invertierenden Funktion des UND-Gliedes UG hat sein Ausgangssignal Niedrigpegel immer dann, wenn der entsprechende Ansteuerungszweig aktiviert werden soll.Because of the inverting function of the AND element UG has its output signal Low level whenever the corresponding control branch is activated target.

Dieses Ausgangssignal wird nun in herkömmlicher Weise aufbereitet, um einen Leistungstransistor zu zünden. Dazu ist eine Steuertransistorstufe, bestehend aus einem Widerstandsnetzwerk R2, R3 und einem Transistor TR1, TR2 bzw. TR3, in jedem Ansteuerungszweig vorgesehen. Der Kollektorausgang dieses Transistors arbeitet auf ein aus einem Widerstand R4 und einem Kondensator C gebildetes und geerdetes RC-Glied, dessen Mittelabgriff mit der Basis eines von drei Leistungstransistoren LT1, LT2 bzw.This output signal is now processed in the conventional way, to ignite a power transistor. There is also a control transistor stage from a resistor network R2, R3 and a transistor TR1, TR2 or TR3, in provided for each control branch. The collector output of this transistor is working to one formed from a resistor R4 and a capacitor C and grounded RC element, the center tap of which is connected to the base of one of three power transistors LT1, LT2 or

LT3 verbunden ist. Am Ausgang der Leistungstransistoren ist jeweils eine der drei Gruppen von seriell geschalteten Teilwicklungen angeschlossen. Das Motorwicklungsnetzwerk W ist in der Schaltungsanordnung von Fig. 5 verein- facht dargestellt, jedoch können seine Einzelheiten eindeutig aus Fig. 4 entnommen werden. Der Sternpunkt D des Wicklungsnetzwerkes W ist an den positiven Pol der Speisespannungsquelle für den Gleichstrommotor, beispielsweise +12 V, angeschlossen.LT3 is connected. At the output of the power transistors is in each case one of the three groups of serially connected partial windings is connected. That Motor winding network W is combined in the circuit arrangement of FIG. fold shown, but its details can be clearly seen in FIG. The star point D of the winding network W is connected to the positive pole of the supply voltage source for the DC motor, for example +12 V connected.

In den Fig. 6 bis 8 sind, die Funktion der oben beschriebenen Ansteuerungsschaltung erläuternd, aufeinanderfolgende Schaltschritte des Gleichstrommotors schematisch dargestellt. Dabei illustriert jede dieser Figuren zwei entsprechende komplementäre Momentanpositionen des Permanentmagneten 3 gegenüber dem Stator 5. Die in Fig. 6 dargestellte Position ist gekennzeichnet durch die selektive Erregung der vier Teilwicklungen W10, W21, W40 und W51, die im ersten Ansteuerungszweig liegen. Wie erläuternd zu Fig. 6 angegeben, tritt dieser Erregungszustand des Gleichstrommotors bei einer relativen Winkelposition des Permanentmagneten 3 von 0 bis 60° bzw. von 180 bis 240° auf. Der darauffolgende Schaltschritt ist in Fig. 7 dargestellt. Der Permanentmagnet 3 hat sich um 60° weiter bewegt und über den Anschluß B sind die Teilwicklungen der zweiten Gruppe erregt. In analoger Weise ist der Erregüngszustand des Gleichstrommotors für den nachfolgenden Teilschritt in Fig. 8 dargestellt, bei dem die Teilwicklungen der dritten Gruppe erregt sind. Mit fortschreitender Drehbewegung des Permanentmagneten 3 setzt sich der Schaltzyklus wieder mit dem in Fig. 6 gezeigten Erregungszustand fort.6 to 8 show the function of the drive circuit described above explanatory, successive switching steps of the direct current motor schematically shown. Each of these figures illustrates two corresponding complementary ones Current positions of the permanent magnet 3 with respect to the stator 5. The positions shown in FIG The position shown is characterized by the selective excitation of the four partial windings W10, W21, W40 and W51, which are in the first control branch. How explanatory too 6, this excited state of the DC motor occurs at a relative angular position of the permanent magnet 3 from 0 to 60 ° or from 180 to 240 °. The subsequent switching step is shown in FIG. The permanent magnet 3 has moved 60 ° further and the partial windings are via connection B. the second group excited. The excitation state of the DC motor is analogous for the subsequent partial step shown in Fig. 8, in which the partial windings of the third group are excited. As the permanent magnet continues to rotate 3, the switching cycle resumes with the excitation state shown in FIG away.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt, daß es möglich ist, mit einer einfachen Schaltungsmaßnahme im Wicklungsaufbau des Stators eine unipolare Ansteuerung des Gleichstrommotors zu erzielen, dabei gegenüber herkömmlichen bipolaren Ansteuerungen unter anderem drei Leistungstransistoren einzusparen und trotzdem einen schnell hochlaufenden Gleichstrommotor mit gegenüber herkömmli- chen unipolar angesteuerten Gleichstrommotoren verbessertem Drehmomentverhalten zu schaffen.The embodiment described shows that it is possible with a simple circuit measure in the winding structure of the stator is a unipolar one To achieve control of the DC motor, compared to conventional bipolar Saving controls among other things three power transistors and still a fast-running DC motor with, compared to conventional chen unipolar controlled DC motors to create improved torque behavior.

Es sei darauf hingewiesen, daß neben dem beschriebenen Ausführungsbeispiel mit einem vierpoligen Permanentmagneten und einem Stator bestehend aus drei Polschenkelpaaren durchaus auch andere Kombinationen ausgeführt werden können. Die Anzahl der Magnetpole des Permanentmagneten und der Polschenkel des Stators kann im vorgegebenen Verhältnis - wie oben abgeleitet - erhöht oder erniedrigt werden. Dabei bleibt die Verknüpfungsregel für die Teilwicklungen des Stators zu einer Sternschaltung in drei Gruppen erhalten, so daß immer zwei benachbarte Polschenkel des Stators entgegengesetzte Polarität aufweisen. Weiterhin liegt es auch im Rahmen der Erfindung, einen derart aufgebauten kollektorlosen Gleichstrommotor mit einer entsprechend abgewandelten unipolaren Ansteuerungsschaltung zu betreiben. Die beschriebene Ansteuerungsschaltung ist aus diskreten Elementen aufgebaut, die jedoch auch durch integrierte Bausteine ersetzt werden könnten. Weiterhin mag es von den Gegebenheiten des jeweiligen Anwendungsfalles abhängen, welche weiteren Steuerfunktionen, z. B. zur Überwachung des Gleichstrommotors, in eine solche Ansteuerschaltung einbezogen werden.It should be noted that in addition to the embodiment described with a four-pole permanent magnet and a stator consisting of three pairs of pole limbs other combinations can certainly also be carried out. The number of magnetic poles of the permanent magnet and the pole legs of the stator can be in the specified ratio - as derived above - can be increased or decreased. The linkage rule remains for the partial windings of the stator to form a star connection in three groups, so that two adjacent pole legs of the stator always have opposite polarity exhibit. Furthermore, it is also within the scope of the invention to have one constructed in this way Brushless DC motor with a correspondingly modified unipolar Operate control circuit. The control circuit described is off built up of discrete elements, which are, however, also replaced by integrated building blocks could become. Furthermore, it may depend on the circumstances of the respective application depend on which other control functions, e.g. B. to monitor the DC motor, be included in such a control circuit.

3 Patentansprüche 8 Figuren - Leerseite -3 claims 8 figures - blank page -

Claims (3)

Patentansprüche (i.)Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor mit einem als Permanentmagneten ausgebildetem Rotor, einem Stator mit mehreren Polschenkeln, die unipolar angesteuerte Motorwicklungen tragen und mit einem feststehenden, aus Hallelementen aufgebauten Rotorpositionsdetektor zum Erzeugen von von der Rotorposition abhängigen Ansteuerungssignalen für die Motorwicklungen, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Motorwicklungen (W) jedes Polschenkels (S1 bis S6) in erste und zweite Teilwicklungen (z. B. W10 bzw. wil) mit gegenläufigem Wicklungssinn unterteilt sind und daß drei Hallelementen (91, 92, 93) entsprechend drei Gruppen von seriell geschalteten und gemeinsam erregten Teilwicklungen in der Art gebildet sind, daß die ersten Teilwicklungen in Drehrichtung fortlaufend und in zyklischer Folge auf diese Gruppen verteilt sind und außerdem in jeder Gruppe zu jeder ersten Teilwicklung (z. B. W10) die entsprechende zweite Teilwicklung (z. B. W21) des benachbarten Polschenkels enthalten ist, so daß immer Paare von benachbarten Polschenkeln gleichzeitig aber mit unterschiedlicher magnetischer Polung aktivierbar sind.Claims (i.) Electronically commutated DC motor with a rotor designed as a permanent magnet, a stator with several pole legs, the unipolar controlled motor windings wear and with a fixed, off Hall element built rotor position detector to generate from the rotor position dependent control signals for the motor windings, d a d u r c h g e -k e n n n e i c h n e t that the motor windings (W) of each pole leg (S1 to S6) into first and second partial windings (e.g. W10 or wil) with opposite winding directions are divided and that three Hall elements (91, 92, 93) corresponding to three groups formed by series-connected and jointly excited partial windings of the type are that the first partial windings are continuous in the direction of rotation and cyclical Follow these groups are distributed and also in each group to each first Partial winding (e.g. W10) the corresponding second partial winding (e.g. W21) of the neighboring one Pole leg is included, so that always pairs of adjacent pole legs simultaneously but can be activated with different magnetic polarity. 2.- Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Permanentmagnet (3) des Gleichstrommotors 2n Pole und der Stator (5) 3n Pol schenkel aufweisen und dementsprechend die Hallelemente (91, 92, 93) des Rotorpositionsdetektors (9) um einen Winkel von 120°/n radial zueinander versetzt angeordnet sind, wobei n eine ganze Zahl darstellt.2.- Electronically commutated direct current motor according to claim 1, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the permanent magnet (3) of the DC motor 2n poles and the stator (5) have 3n pole legs and accordingly the Hall elements (91, 92, 93) of the rotor position detector (9) at an angle of 120 ° / n radially to one another are arranged offset, where n represents an integer. 3. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß der Permanentmagnet (3) vierpolig ausgebildet ist und der Stator (5) sechs Polschenkel (S1 bis S6) aufweist, und daß die ersten Teilwicklungen des ersten, zweiten bzw. dritten und des vierten, fünften bzw. sechsten Polschenkels sowie die zweiten Teilwicklungen des zweiten, dritten bzw. vierten und des fünften, sechsten bzw. ersten Polschenkels jeweils in Serie geschaltet sind, daß die so gebildeten drei Wicklungsgruppen von Teilwicklungen mit einem Anschluß gemeinsam an einem Pol einer Motorspeisespannungsquelle liegen und daß Leistungstransistoren (LT1 bis LT3) vorgesehen sind, deren Kollektor-Emitter-Strecke jeweils den anderen Anschluß einer der Wicklungsgruppen mit dem anderen Pol der Motorspeisespannungsquelle verbindet, wobei die Leistungstransistoren alternativ in zyklischer Folge in Abhängigkeit von der jeweiligen Rotorposition einschaltbar sind.3. Electronically commutated direct current motor according to claim 2, d a it is indicated that the permanent magnet (3) has four poles is and the stator (5) has six pole legs (S1 to S6), and that the first partial windings of the first, second or third and fourth, fifth or sixth pole leg and the second partial windings of the second, third and fourth and fifth, sixth and first pole legs, respectively are connected in series that the three winding groups formed in this way of partial windings lie with one terminal jointly on one pole of a motor supply voltage source and that power transistors (LT1 to LT3) are provided, their collector-emitter path the other terminal of one of the winding groups to the other pole of the Motor supply voltage source connects, the power transistors alternatively Can be switched on in a cyclical sequence depending on the respective rotor position are.