DE4425193C1

DE4425193C1 - Drehzahlverstellbarer EC-Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE4425193C1
Application number: DE4425193A
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl Ing Wehberg; Wolfgang Krauth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-07-16
Filing date: 1994-07-16
Publication date: 1995-11-09
Anticipated expiration: 2014-07-17
Also published as: WO1996002971A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem drehzahlverstellbaren EC-Gleichstrommotor nach der Gattung des Hauptanspruchs, wie er aus der DE-30 12 833 C2 bekanntgeworden ist. Diese Druckschrift zeigt eine Schaltungsanordnung zur Versorgung eines Synchronmotors aus einem Gleichspannungsnetz, bei der die Ständerwicklungen in zyklischer Reihenfolge an die Gleichspannung geschaltet werden. Die Zuschaltung der einzelnen Ständerwicklungen erfolgt dabei während eines vorgegebenen elektrischen Winkelbereichs, die Weiterschaltung wird durch einen Ringzähler gesteuert, wobei der Stromflußwinkel beziehungsweise die Stromflußdauer in den einzelnen Strangwicklungen elektronisch verändert wird.

Aus der DE 26 29 269 A1 ist eine Ansteuerschaltung für einen bürstenlosen, dreisträngig-dreiphasigen Gleichstrommotor bekannt, wobei durch Verschiebung des Einschaltzeitpunktes die Einschaltdauer, also der Stromflußwinkel kleiner oder größer als 120° eingestellt werden kann. Durch die Wahl des Stromflußwinkels sind praktisch alle gewünschten Motor- und Drehzahlcharakteristiken realisierbar. Die US-PS 5 125 067 zeigt eine Motorsteuerung für einen bürstenlosen Motor, dessen Wicklung speziell entsprechend der gewünschten Motorcharakteristik ausgebildet ist. Hierbei erfolgt eine Aufteilung der Gesamtwicklung in Wicklungsgruppen mit vorgegebenen Windungszahlen zur Erzeugung eines speziellen Momentenverlaufs, welcher jedoch mit einer kritischen Kommutierung erkauft wird. Die US-PS 5 225 729 zeigt eine Statorwicklung mit zwei Wicklungen unterschiedlicher Spulenweite, wodurch der Kommutierungswinkel während des Betriebs verändert werden kann, um den Motor an Laständerungen anzupassen. Hierbei ist entweder nur eine Wicklung oder beide in Reihe geschalteten Wicklungen wirksam. Die DE-OS 20 30 663 offenbart einen über Hallsensoren gesteuerten Elektromotor, dessen Erregerwicklungen Anzapfungen aufweisen, welche entsprechend den Signalen der Hallsensoren an das Gleichspannungsnetz angeschlossen werden. Mit einer derartigen Anordnung erreicht man eine Drehzahlsteuerung mit einstellbarer Drehzahl-Drehmomentcharakteristik.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den schaltungstechnischen Aufwand bekannter Steuerungen zur Drehzahleinstellung von EC-Gleichstrommotoren deutlich zu verringern bei gleichzeitiger Erhöhung des Wirkungsgrades im Teillastbereich und insbesondere bei niedrigeren Drehzahlen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht die Drehzahlverstellung des Gleichstrommotors in Stufen mittels schlagartiger, stufenweiser Veränderung des Stromflußwinkels beziehungsweise der Stromflußdauer vor, insbesondere von 90°el auf 180°el bei zwei Drehzahlstufen.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß für die elektronische Veränderung des Stromflußwinkels die in den Strangwicklungen vorgesehenen elektronischen Leistungsschalter, vorzugsweise MOSFET- Transistoren, von einer Verriegelungs- und Steuerschaltung mittels Ansteuersignale entsprechend ein- und ausgeschaltet werden, um den Stromfluß zwischen einer Spannungsquelle und Massepotential zu ermöglichen. In bevorzugter Ausführung wird die Verriegelungs- und Steuereinheit eingangsseitig mit Rotorlagesignalen und Signalen zur Angabe der stufenweisen und/oder kontinuierlichen Drehzahlverstellung beaufschlagt.

Der erfindungsgemäß gestaltete elektronisch kommutierte Gleichstrommotor wird gemäß seiner besonders zweckmäßigen Ausgestaltung als stufenweise verstellbarer Motor für Kühlgebläse verwendet, wobei der hauptsächliche Einsatz in der niedrigen Drehzahlstufe erfolgt, in der erfindungsgemäß das Betriebsverhalten hinsichtlich des hohen Wirkungsgrads besonders gut ist. Dies bietet besonders bei dieser Anwendung erhebliche wirtschaftliche Vorteile, neben den Vorteilen des EC-Motors mit seiner hohen Lebensdauer und integrierten Bauform. Die stufenlose Steuerung des Motors im steuerbaren Drehzahlbereich bietet weiterhin die Möglichkeit, die Kühlwassertemperatur wesentlich genauer den optimalen Betriebsbedingungen eines Verbrennungsmotors anzupassen.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines gemäß der Erfindung gestalteten elektronisch kommutierten Gleichstrommotors;

Fig. 2 bestehend aus Fig. 2A und Fig. 2B schematisch im Zeitdiagramm in Wicklungen induzierte Spannungen und daraus erzeugte Rotorlagesignale, sowie daraus abgeleitete Ansteuersignale für zwei Stromflußwinkel von 90°el und 180°el sowie einen dazwischenliegenden Stromflußwinkel;

Fig. 3 schematisch den Verlauf der in der gemäß der Erfindung gestalteten Wicklung induzierten Spannung, sowie den Verlauf der dort fließenden Ströme bei den zwei Stromflußwinkeln von 90°el und 180°el;

Fig. 4 bestehend aus Fig. 4A und Fig. 4B, schematisch den Aufbau der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung des Stators mit seinen angedeuteten Wicklungszähnen am Beispiel einer Spule einer einzigen Strangwicklung, und zwar in Fig. 4A für einen Motor mit einer bestimmten Drehrichtung und in Fig. 4B für einen Motor mit entgegengesetzter Drehrichtung, wobei der Richtungssinn der Wicklungen in beiden Fällen der gleiche ist;

Fig. 5 schematisch das Meßergebnis der in einem Strang des erfindungsgemäß gestalteten Motors induzierten Spannung bei stromlosem Motor;

Fig. 6 schematisch das Meßergebnis von Spannung und Strom eines Stranges eines erfindungsgemäß gestalteten Motors bei einem Stromflußwinkel von 90°el;

Fig. 7 schematisch das Meßergebnis von Spannung und Strom eines Stranges eines erfindungsgemäß gestalteten Motors bei einem Stromflußwinkel von 180°el und

Fig. 8 schematisch ein Diagramm von Motorkennlinien betreffend Wirkungsgrad eta, Leistung P2, Motorstrom I und Drehzahl n in Abhängigkeit vom Lastmoment M.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist schematisch ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines gemäß der Erfindung gestalteten elektronisch kommutierten Gleichstrommotors gezeigt. Der Motor kann als Innen- oder Außenläufer ausgelegt sein. Der passive Rotor 5 trägt die Erregermagnete, die in Fig. 1 mit den beiden Magnetpolen N und S andeutungsweise dargestellt sind. Die Wicklung des Stators kann zweisträngig mit vier Einzelwicklungen 1, 2, 3, 4, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, ausgeführt sein. Es ist jedoch auch eine Auslegung des Stators mit einer anderen Strangzahl möglich.

Die Ansteuerung des in Fig. 1 schematisch dargestellten Motors ist als Halbwellensteuerung aufgebaut, d. h. jede Wicklung wird nur in einer Richtung vom Strom durchflossen. Möglich ist auch eine Ausführung in Vollwellensteuerung, wobei jeweils lediglich eine Wicklung pro Strang ausreicht. Der Aufwand für die Leistungshalbleiterschalter ist hier jedoch erhöht.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist in jedem Wicklungsstrang 1, 2, 3, 4, jeweils ein Leistungshalbleiterschalter 21, 22, 23, 24 in Reihenschaltung vorgesehen. Diese Leistungshalbleiterschalter 21, 22, 23, 24 stellen in Abhängigkeit von den sie steuernden Ansteuersignalen 31, 32, 33, 34 jeweils die Verbindung zwischen einer Spannungsquelle U_B und dem Massepotential Mp her, so daß damit die entsprechenden Ströme durch die Wicklungen fließen. Die im Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 dargestellten Leistungs halbleiterschalter sind MOSFET-Transistoren 21, 22, 23, 24. Es sind jedoch auch andere Halbleiterschalter möglich. Weiterhin sind die in Fig. 1 dargestellten Wicklungen bifilar, wobei der neben jeder Wicklung dargestellte Punkt den jeweiligen Wicklungsanfang kennzeichnet. Die bifilaren Wicklungen 1 und 2 sowie 3 und 4 stellen je einen Strang des Stators dar.

Die bereits erwähnten Ansteuersignale 31, 32, 33, 34 für die schaltenden Halbleiter 21, 22, 23, 24 werden von einer in Fig. 1 dargestellten Verriegelungs- und Steuereinheit 50 erzeugt. Diese Verriegelungs- und Steuereinheit 50 ist zur Spannungsversorgung zum einen mit der Spannungsquelle U_B und zum anderen mit Massepotential Mp verbunden. Eingangsseitig erhält die Verriegelungs- und Steuereinheit 50 Positionssignale über die Stellung des Rotors 5. Dazu werden in einem Schaltungsblock 51, der im wesentlichen eine Komparatorschaltung ist, aus den in den Wicklungen 1, 2, 3 und 4 induzierten Spannungen 11, 12, 13 und 14 die Positionssignale 41 und 42 erzeugt. Der Schaltungsblock 51 generiert außerdem ein Kommutierungssummensignal 43, welches neben der Information über den genauen Kommutierungszeitpunkt auch den Istwert der Motordrehzahl enthält. Aus dem Kommutierungssummensignal 43 wird in einem Schaltungsblock 52 ein in der Flankensteilheit von der Drehzahl abhängiges Sägezahnsignal 44 generiert. Weiterhin werden der Verriegelungs- und Steuereinheit 50 die Eingangsbedingungen wie Einschalten, niedrige Drehzahlstufe I, hohe Drehzahlstufe II und variable, kontinuierliche Steuerung über den Eingang EIN in Form einer analogen Spannung, die den Drehzahlsollwert darstellt, zugeführt.

Aus diesem die Eingangsbedingungen wiedergebenden Signal EIN und dem Sägezahnsignal 43 generiert ein Funktionsblock 53 der Verriegelungs- und Steuereinheit 50 ein Rechtecksignal 45 durch Vergleich der Eingangsspannung EIN mit der Sägezahnspannung 43. Dieses Rechtecksignal 45 enthält die Information über den korrekten Kommutierungszeitpunkt und der vom Sollwert EIN gewünschten Drehzahl. Eine Verriegelung der Rechteckspannung 45 mit den zu den jeweiligen Strängen gehörenden Rotorpositionssignalen 41 und 42 in einem Schaltungsblock 54 erzeugt die den Leistungstransistoren zugeordneten Kommutierungssignale 46, 47, 48 und 49. Die Schaltungseinheit 55 liefert eine Verstärkung dieser Kommutierungssignale und bietet eine Verriegelungsmöglichkeit, so daß die jeweils geeigneten und notwendigen Ansteuersignale 31, 32, 33, 34 zum zeitgerechten Öffnen und Schließen der Leistungshalbleiterschalter 21, 22, 23, 24 in der gewünschten Sequenz vorhanden sind.

In Fig. 2, die aus Fig. 2A und Fig. 2B besteht, sind die zeitlichen Zusammenhänge der verschiedenen Spannungen und Signale über dem elektrischen Drehwinkel ωt dargestellt, die bereits im Zusammenhang mit der Beschreibung von Fig. 1 erwähnt wurden. So ist in Fig. 2A im oberen Teil die in der Wicklung 1 induzierte Spannung 11 dargestellt. Die in Wicklung 3 induzierte Spannung 13 ist im darunter liegenden Zeitdiagramm dargestellt, sie ist um 90°el versetzt. Die in den anderen Wicklungen 2 und 4 induzierten Spannungen 12 und 14 sind nicht extra dargestellt, da sie zu den Spannungsverläufen 11 und 13 jeweils invers bzw. um 180°el versetzt sind. Die fünf Zeitdiagramme im unteren Teil der Fig. 2A stellen die aus den induzierten Spannungen 11 bis 14 gewonnenen Rotorpositionssignale 41 und 42 dar, das daraus generierte Kommutierungssummensignal 43, welches durch jede Flanke der Positionssignale 41 und 42 ein- bzw. ausgeschaltet wird, sowie weiterhin das im Schaltungsblock 52 erzeugte Sägezahnsignal 44 zusammen mit dem Gleichspannungssignal EIN. Im untersten Zeitdiagramm ist das aus dem Vergleich des Sägezahnsignals 44 mit dem Eingangssignal EIN gewonnene Rechtecksignal 45, das am Ausgang des Funktionsblocks 53 ansteht, dargestellt.

In der Fig. 2B sind im oberen Teil schematisch in einem Zeitdiagramm nochmals wegen der zeitlichen Zuordnung die Rotorpositionssignale 41 und 42 sowie die Signale 43, 44 und 45 über dem elektrischen Drehwinkel ωt aufgetragen. Darunter sind in drei Teilen die daraus abgeleiteten vier Ansteuersignale 31, 32, 33, 34 jeweils in zeitlicher Zuordnung über dem elektrischen Drehwinkel ωt dargestellt. Im oberen der drei Teile ist die Eingangsbedingung variabel, d. h. die Drehzahl entspricht einem Sollwert zwischen der niedrigen und der hohen, jeweils festen Drehzahlstufe, was einem Stromflußwinkel ψ_i zwischen 90°el und 180°el entspricht. Im darunter liegenden mittleren Teil liegt die Eingangsbedingung der Drehzahlstufe I vor, was dem Stromflußwinkel ψ_i von 90°el entspricht. Im unteren Teil der Fig. 2B schließlich sind die Ansteuersignale 31, 32, 33, 34 jeweils in zeitlicher Zuordnung über dem elektrischen Drehwinkel ωt für den Fall der Drehzahlstufe II, was dem Stromflußwinkel ψ_i von 180°el entspricht, dargestellt. Es ist klar erkennbar, daß die Stromflußdauer entsprechend dem doppelt so großen Stromflußwinkel ebenfalls verdoppelt ist. Die in Fig. 2A und Fig. 2B dargestellte Art der stufenweisen Drehzahlumschaltung und der dazwischen liegenden variablen Drehzahleinstellung erfolgt auf einfache Weise mit Hilfe von Kleinsignalen in der Elektronik. Dies ist sehr einfach zu realisieren.

Das in Fig. 2 dargestellte Kommutierungssummensignal 43 ist in fester Zuordnung zu den strangbezogenen Rotorpositionssignale 41 und 42 zu sehen. Die Sägezahnspannung 44 wird aus diesem die Information über die tatsächliche Motordrehzahl enthaltenden Kommutierungssummensignal 43 erzeugt. Die abfallende Flanke der Sägezahnspannung 44 wird mit der Drehzahl des Motors gesteuert. Je höher die tatsächliche Drehzahl ist, um so schneller bzw. steiler fällt die Flanke ab. Das Flankenende erreicht immer die gleiche Spannung. Durch Vergleich mit der die Solldrehzahl darstellenden Eingangsgleichspannung EIN wird die Rechteckspannung 45 gewonnen. Diese schaltet den gerade stromführenden Transistor ab und leitet in Abhängigkeit von den Positionssignalen 41 und 42 die folgende Kommutierung ein. Damit ist es möglich, den Stromflußwinkel ψ_i abhängig von der Eingangsspannung EIN kontinuierlich zwischen den beiden Extremwerten von 90°el und 180°el zu steuern. Auf Grund der Darstellung der einzelnen Signale über dem Drehwinkel ωt wird die Drehzahl selbst nicht sichtbar.

Ein anderer ganz wesentlicher Punkt vorliegender Erfindung ist die dafür geeignete Gestaltung und Auslegung der Wicklungen im Stator des Motors. In Fig. 3 ist im oberen Teil schematisch der Spannungsverlauf U_ind über dem elektrischen Drehwinkel ωt dargestellt, der in der gemäß der Erfindung gestalteten geeigneten Wicklung induziert wird. Der Wert U_ind der induzierten Spannung schwankt um den Fixwert U_B der Spannungsquelle und zwar mit zwei ausgeprägten Maxima oder Stufen. Dies ist zum einen das mit U_iS1, der ersten induzierten Spannung, bezeichnete Maximum, das beim Strom I₉₀, der dem Stromflußwinkel ψ_i von 90°el entspricht, induziert wird. Zum anderen ist dies das mit U_iS2, der zweiten induzierten Spannung, bezeichnete Maximum, das beim Strom I_180°, der dem Stromflußwinkel ψ_i von 180°el entspricht, induziert wird. Im mittleren Teil der Fig. 3 ist über dem elektrischen Drehwinkel ωt der zeitlich zugehörige Strangstrom I₉₀ dargestellt. Im unteren Teil der Fig. 3 ist über dem elektrischen Drehwinkel ωt der zeitlich zugehörige Strangstrom I₁₈₀ dargestellt. Bei der variablen Drehzahlsteuerung wird der Stromflußwinkel ψ_i zwischen 90°el und 180°el gewählt, so daß sich daraus angepaßte Strom- und Spannungsverläufe ergeben, die auf die gewünschte Drehzahl passen. Es sei hier angemerkt, daß der in Fig. 3 im oberen Teil dargestellte Spannungsverlauf U_ind in seiner Gesamtheit dem Stromverlauf des unteren Teils der Fig. 3, nämlich dem Strom I₁₈₀ zuzuordnen ist.

In Fig. 4, die aus den beiden Fig. 4A und 4B besteht, ist schematisch der Aufbau der erfindungsgemäßen Wicklungsanordnung dargestellt, die einen Spannungsverlauf von der in Fig. 3 dargestellten Qualität ermöglicht. Die Darstellung ist dabei aus Gründen der besseren Überschaubarkeit auf eine Spule einer einzigen Strangwicklung beschränkt. Vom Blechpaket des Stators sind die Wicklungszähne 63, 64, 65, 66, 67, andeutungsweise dargestellt. Um diese und weitere nicht dargestellte Wicklungs zähne werden die einzelnen Windungen der Wicklungen gewickelt, um in den einzelnen Zähnen die gewünschte Induktion zu erzeugen.

In Fig. 4A ist die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung für einen linksdrehenden Motor dargestellt. Vom Wicklungsanfang A an beginnend wird zunächst im normalen Spulenschritt die erste Wicklung W1 mit der ersten Windungszahl N1 um die zugehörigen Wicklungszähne gewickelt. Im dargestellten Beispiel umfaßt der normale Spulenschritt zwei Wicklungszähne und zwar 64 und 65. Der Richtungssinn beim Wickeln der Wicklung ist dabei rechtsdrehend, wie dies mittels des Pfeils 68 angedeutet ist. Wenn die erste Wicklung W1 fertig ist, wird gemäß der Erfindung eine zweite Wicklung W2 mit einer zweiten Windungszahl N2 über einen Wicklungszahn am Ende der Strangwicklung, und zwar im dargestellten Beispiel der letzte Zahn im zugehörigen Spulenschritt, nämlich Wicklungszahn 65, bis zum mit E bezeichneten Ende gewickelt.

In Fig. 4B ist die erfindungsgemäße Wicklungsanordnung für einen rechtsdrehenden Motor dargestellt, also mit einer Drehrichtung, die der in Fig. 4A dargestellten entgegengesetzt ist. Der Richtungssinn beim Wickeln ist beibehalten, also auch entsprechend dem Pfeil 68 rechtsdrehend. Vom Wicklungsanfang A an wird hier nun zunächst erfindungsgemäß die zweite Wicklung W2 mit ihrer zweiten Windungszahl N2 um den ersten Wicklungszahn 64 im aus zwei Wicklungszähnen 64 und 65 bestehenden normalen Spulenschritt gewickelt. Ist die Wicklung dieser zweiten Wicklung W2 beendet, folgt das Wickeln der ersten Wicklung W1 mit ihrer ersten Windungszahl N1 um die Wicklungszähne 64 und 65, also das Wickeln im normalen Spulenschritt, bis zum Wicklungsende E.

Das in Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel gilt für eine Spule eines Stranges eines zweisträngigen Motors mit Einlochwicklung. Es ist auch anderes möglich. So ist es z. B. möglich, die erste Wicklung um vier und die zweite Wicklung um zwei Wicklungszähne anzuordnen.

Im Hinblick auf die in Fig. 3 im oberen Teil dargestellte induzierte Spannung U_ind und die in Fig. 4 dargestellte erfindungsgemäß gestaltete Wicklungsanordnung, ist anzumerken, daß mit dem Verhältnis der Windungszahlen N1 und N2 der beiden Wicklungen W1 und W2 der Spannungsunterschied zwischen der ersten induzierten Spannung U_iS1 und der zweiten induzierten Spannung U_iS2 bestimmt werden kann. So gilt, daß die erste induzierte Spannung U_iS1 proportional zur ersten Windungszahl N1 ist, d. h. U_iS1 ≈ N1, und daß die zweite induzierte Spannung U_iS2 proportional zur Summe aus erster und zweiter Windungszahl (N1 + N2) ist, d. h. U_iS2 ≈ (N1 + N2).

In Fig. 5 ist schematisch das Meßergebnis dargestellt, das sich für die induzierte Spannung U ergibt, wenn ein Strang des erfindungsgemäß gestalteten und betriebenen Motors stromlos ist. Die Darstellung gilt also für die in einem Strang induzierte Spannung. Die Spannung schwankt um die Versorgungsspannung U_B. Der Maßstab ist 5 Volt pro Kasten. Erkennbar ist die strukturelle und qualitative Übereinstimmung mit der in Fig. 3 dargestellten, quasi geforderten und aus Überlegungen heraus entwickelten Spannungsform.

In Fig. 6 ist schematisch das reale Meßergebnis dargestellt für den Verlauf von in einem Strang induzierter Spannung U und von dem dabei fließenden Strom I bei einem Stromflußwinkel ψ_i von 90°el. Der Maßstab beträgt 5 Volt bzw. 10 A pro Kästchen. In Fig. 7 ist dasselbe für einen Stromflußwinkel ψ_i von 180°el dargestellt. Diese realen Meßergebnisse zeigen eine erstaunlich gute strukturelle und qualitative Übereinstimmung des Strom- und Spannungsverlaufs mit den in Fig. 3 dargestellten vorgegebenen Verläufen.

Aus dem in Fig. 7 dargestellten realen Meßergebnis ist ein besonderer Vorteil der Erfindung erkennbar. Bei einem Motor mit herkömmlicher Wicklung und einem Stromflußwinkel von 180°el steigt am Ende der Stromflußzeit der Strom drastisch an und erschwert damit das Abschalten der Leistungshalbleiterschalter. Selbst eine leichte Frühkommutierung hilft hier nur geringfügig weiter. Es ist eindeutig und klar erkennbar, daß bei dem erfindungsgemäßen Motor in der zweiten Hälfte der Stromflußzeit eine deutliche Absenkung des Strangstromes vorhanden ist. Dies hat eine wesentlich erleichterte Abschaltung der Leistungshalbleiter schalter, geringere Verluste, geringere Störungen und damit verbunden geringeren Aufwand zur Folge.

In Fig. 8 sind schematisch verschiedene gemessene Motorkennlinien dargestellt. Über dem Lastmoment M, angegeben in Ncm, sind dargestellt der Wirkungsgrad eta in %, die an der Motorwelle abnehmbare mechanische Leistung P2 in Watt, der Motorstrom I in A und die Drehzahl n in 1/min. Dabei sind die der Stromflußdauer von 90°el entsprechenden Werte in gestrichelten Linien eingezeichnet und die der Stromflußdauer von 180°el zugehörigen Werte in durchgezogenen Linien eingezeichnet. Die Lastkurve L ist strichpunktiert dargestellt. Sie schneidet die jeweiligen Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien im Arbeitspunkt AP-I für das Moment M-I und die zugehörige niedrigere Drehzahlstufe I und im Arbeitspunkt AP-II für das höhere Moment M-II und die zugehörige höhere Drehzahlstufe II. Der Wirkungsgrad eta ist in beiden Fällen kaum unterschiedlich und liegt bei über 70%, wie die Schnittpunkte der Wirkungsgradkurven mit den Momentlinien M-I und M-II ergeben. Dies ist insbesondere für die niedrigere Drehzahlstufe I ein bemerkenswert guter Wirkungsgrad und für viele Einsatzbereiche des erfindungsgemäß gestalteten Motors von besonderem Vorteil. Bei der stufenlosen Verstellung der Drehzahl zwischen der niedrigen und der hohen Drehzahl kann jede zwischen den beiden Kurven mögliche Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie gefahren werden.

Claims

1. Drehzahlverstellbarer EC-Gleichstrommotor, bei dem zur Drehzahlverstellung des Motors der Stromflußwinkel beziehungsweise die Stromflußdauer in den einzelnen Strangwicklungen (1, 2, 3, 4) elektronisch verändert wird, wobei der Stromflußwinkel der Winkel zwischen jeweiliger Strangwicklungs- und Rotorachse ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Strangwicklung des Motors mit einer ersten Wicklung (W1) über mindestens zwei Wicklungszähne (64, 65) und einer ersten Windungszahl (N1) sowie mit einer zweiten Wicklung (W2) über mindestens einen Wicklungszahn (64 bzw. 65) dieser zumindest zwei Wicklungszähne (64, 65) und einer zweiten Windungszahl (N2) versehen ist, wobei die Spulenweite der zweiten Wicklung (W2) kleiner als die Spulenweite der ersten Wicklung (W1) ist und der Richtungssinn (68) dieser beiden Wicklungen (W1, W2) gleich ist und die zweite Wicklung (W2) über den mindestens einen Wicklungszahn (64 bzw. 65) je nach Drehrichtung des Rotors am Ende (Fig. 4A) oder Anfang (Fig. 4B) der jeweiligen Strangwicklung angeordnet ist, und daß die Veränderung des Stromflußwinkels (ψ_i) zwischen 90°el und 180°el erfolgt.

2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlverstellung in Stufen mittels stufenweiser Veränderung des Stromflußwinkels (ψ_i) erfolgt.

3. Gleichstrommotor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die elektronische Veränderung des Stromflußwinkels (ψ_i) die in den Strangwicklungen (1, 2, 3, 4) vorgesehenen elektronischen Leistungsschalter (21, 22, 23, 24) von einer Verriegelungs- und Steuerschaltung (50) mittels Ansteuersignale (31, 32, 33, 34) entsprechend ein- und ausgeschaltet werden, um den Stromfluß zwischen einer Spannungsquelle (U_B) und Massepotential (Mp) zu ermöglichen.

4. Gleichstrommotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungs- und Steuereinheit (50) eingangsseitig mit Signalen (11, 12, 13, 14) über die Lage des Rotors (5) des Motors und einem Eingangssignal (EIN) zur Angabe der stufenweisen und/oder der kontinuierlichen Drehzahlverstellung beaufschlagt ist.

5. Gleichstrommotor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er in Form der stufenweisen Drehzahlverstellung bevorzugt als Motor für Kühlgebläse verwendet wird, wobei der hauptsächliche Einsatz in der niedrigen Drehzahlstufe erfolgt.

6. Gleichstrommotor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Leistungsschalter (21, 22, 23, 24) MOSFET-Transistoren verwendet werden.

7. Gleichstrommotor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor als Innen- oder Außenläufermotor aufgebaut ist und/oder die Schaltung der Ströme in den Wicklungen in sogenannter Halb- oder Vollwellensteuerung erfolgt.