DE2052695A1 - Einrichtung zur Einstellung des Ein- und/oder Ausschaltwinkels der Spannung an jedem Teil der Wicklung eines bürstenlosen Gleichstrommotors - Google Patents

Description

N.V. Philipe¹ Gloeilampenfabrieken Eindhoven/Holland

Patentanwalt Dipl.-Ing, PritÄ-JoachiM Kupfermann, 2 Hamburg 1 Steindanuü 94

"Einrichtung zur Einstellung des Ein- und/oder Aus-Schaltwinkels der Spannung an jeden Teil der Wicklung eines bürstenlosen Gleichstrommotors".

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung an einer bürstenlosen Gleichstrommaschine mit einer aus einem oder mehreren Teilen bestehenden Wicklung und mit einem elektronischen Kommutator, bestehend aus steuerbaren Schaltelementen, über welche die Betriebspannung an die einzelnen Wicklungsteile gelangt, und einer Steuervorrichtung, die mindestens einen Positionsindikator enthält, aus der sich Positionsimpulse entnehmen lassen, die bestimmten Winkeletellungen de& Läufers eindeutig zugeordnet sind, zur Einstellung der Einschaltwinkel der steuerbaren Schaltelemente des Kommutators.

Eine solche Einrichtung ist durch die deutsche Patentschrift 1_t2kk,2&3 bekannt geworden. Diese Einrichtung beruht auf der Verwendung dreieckiger Impulse und einer

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einstellbaren Schwellenspannung zur Steuerung des elektronischen Kommutators. Diese Steuerungsweise is an sich bekannt, z.B. aus der USA-Patentschrift 2,809,339 und erlaubt es nicht, die Ein- und Ausschaltwinkel unabhängig voneinander einzustellen oder zu beeinflussen.

Die Erfindung setzt sich zum Ziel, eine andere Einrichtung des eingangs definierten Typs anzugeben, wodurch die, in einem Gleichstrommotor mit elektronischer Kommutierung schaltungstechnisch mögliche Trennung beider Funktionen des Kommutators^namentlich Gewinnung und Verarbeitung der Information über die Rotorstellung und Kommutierung des Spulenstroms,vollständig ausgenutzt werden kann. Dabei geht sie von der Erkenntnis aus, dass diese Trennung nicht nur, wie in der angeführten deutschen Patentschrift zur Drehzahlregelung und Stabilisierung nutzbar gemacht werden kann, sondern es darüber hinaus, durch Einwirkung auf die Verarbeitung der Information erlaubt, die charakteristischen Eigenschaften eines gegebenen Motors und selbst eines beliebigen Motortyps weitgehend zu beeinflussen und/oder abzuändern.

Die Einrichtung nach der Erfindung is dadurch gekennzeichnet dass mindestens ein durch einen Positionsimpuls gesteuertes Verzögerungsglied mit fester oder variabeler Zeitkonstante zur Erzeugung von Impulsen mit bestimmter Dauer und ein Netzwerk zur Verknüpfuung dieser Impulse mit bestimmten Positionsimpulsen und anschliessender Ansteuerung der steuerbaren Schaltelemente des Kommutators mit den resultierenden Steuerimpulsen vorgesehen ist.

Laut einer Weiterbildung einer Einrichtung nach

der Erfindung ist eineweitere Steuervorrichtung mit mindestens einem Positionsindikator zur Erzeugung von weiteren Positionsimpulsen vorgesehen die gegenüber den ersten Positionsimpülsen voreilen, welche weitere Steuervorrichtung mit den Verzögerungsgliedern verbunden ist.

Hierdurch ist es möglich, die verzögerten Impulse erst von einer bestimmten definierten Drehzahl an wirksam werden zu lassen, da hiermit der Beginn der Verzögerungszeit um einen festen Referenzwinkel gegenüber den von der Steuer-

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vorrichtung gelieferten Positionsimpulseri vorverlegt wird.

Es wird einleuchten, dass die weitere Steuervorrichtung dieselbe sein kann wie die Steuervorrichtung, wenn man die weiteren Positionsimpulse einem Positionsindikator entnimmt der dem Positionsindikator für die Positionsimpulse in der Drehrichtung gesehen vorangeht.

Laut einer anderen Ausbildung einer Einrichtung nach d5r Erfindung ist mindestens eine Vorrichtung zum Kurzschluss der betreffenden Wicklungsteile während wenigstens eines Teiles jedes Verzögerungsimpulses vorgesehen.

Dadurch'ist est möglich,dass die Drehmoment-■

Drehzahlkennlinien in der Nähe des Leerlaufs einen steileren Verlauf annehmen und mit etwa konstanter Steigung in den Generatorbereich übergehen.

Nach einer anderen Weiterbildung einer Einrichtung nach der Erfindung ist von den Ausgängen der Steuervorrichtung und weiteren Steuervorrichtung wenigstens ein Teil verbunden nixt wenigstens einem Verzögerungsglied, dessen Ausgang zu wenigstens einer Verknüpfungsschaltung führt, in der mehrere dieser Verzögerungsimpulse mit jeweils einem Positionsimpuls zu resultierenden Steuerimpulsen verknüpft werden.

Hierdurch ist es möglich, den Gesamtstrom zu ändern ohne dass der Phasenwinkel, dieses Stromes beträchtlich geändert wird.

Vorzugsweise wird jedes Verzögerungsglied durch eine monostabile Kippschaltung gebildet.

Obwohl normalerweise jedem Wicklungsteil ein

einziges Verzögerungsglied zugeordnet ist, was in den Fällen rotwendig ist in denen sich Verzögerungsimpulse überschneiden, kar in dem umgekehrten Fall, in dem die Verzogerungsimpulse einander nicht überschneiden, jedes Verzögerungsglied mehreren verschiedenen Wicklungsteilen zugeordnet sein, wodurch die Einrichtung vereinfacht und verbilligt wird.

Auch können nach der Erfindung jedem Wicklungsteil zwei Verzögerungsglieder zugeordnet sein, wovon eines zur Verzögerung der Vorderflanke und das andere zur Verzögerung der Rückflanke des Positionsimpulses herangezogen wird. Werden die Verzögerungszeilen gleich gewählt, so bleibt die Länge der Steuerimpulse konstant und es ändert sich nur der Phasenwinkel mit der Drehzahl. Es ist aber auch möglich, die Zeit-

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konstanten verschieden zu wählen oder unter Einwirkung
verschiedener Grossen zum Beispiel vom Motorstrom, zu
ändern.

Vorzugsweise ist dabei jedes Verzögerungsglied
durch eine monostabil.e Kippschaltung gebildet.

Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltungsschema eines Gleichstrommotors mit elektronischem Kommutator nach der älteren Patentanmeldung

p. 1830.970.

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise dieses Motors.

Fig. 3 das Schaltungsschema j teilweise in Block-

^ form, eines ersten Ausführungsbeispiels der Einrichtung nach der Erfindung.

Fig. h ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels.

Fig. 5 das Schaltungsschema eines Teils eines
zweiten Ausführungsbeispiels.

Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels von Fig. 5·

Fig. 7 ein Diagramm, das den Verlauf der Spannung and der Wicklung als Funktion des Drehwinkels W angibt.

Fig. 8 das Schaltungsschema eines Teils eines
dritten Ausführungsbeispiels.

Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsfc ι weise des Ausführungsbeispiels von Fig.8' ·

Fig. 10 das Schaltungsschema eines Teils eines
vierten Ausführungsbeispiels und einer Variante desselben; und

Fig. 11 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise dee Ausführungsbeispiels und der Variante von Fig. 9.

Fig. 12 ein Blockschaltbild eines mit einer
weiteren Steuervorrichtung versehenen 4-phasigen Motors.

Fig. 13 die hierzu gehörende Impulsdiagramme

Fig. \k ein Schaltbild in dem ein Steuerimpuls in mehrere Teilimpulse zerlegt wird und

Fig. 15 die zugehörige Impulsdiagramme.

In Fig. 1 iat ein kollektorloser Gleichstrommotor mit einer Steuereinrichtung nach der älteren Patentanmeldung

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(ΡΗΝ 3^91) schematisch dargestellt, an welchen die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung vorteilhaft an. gewendet werden kann.

Der bürstenlose Motor hat eine aus vier Teilen bestehende Wicklung 1, 2, 3 ι ^ zur Erzeugung eines Drehfeldes und einen permanent magnetischen Rotor 5» z.-B. mit zwei Polen N und S-. Er enthält ferner einen elektronischen Kommutator. Zur Gewinnung der notwendigen information über die jeweilige augenblickliche Stellung des Rotors 5 enthält dieser einen axial vorzugsgerichteten, permanentmagnetischen Sektor 6, der sich z.B. über 135° erstreckt, und vier im Bereiche dieses Magneten, über, den Umfang des Stators wie die Wicklungsteile 1 bis h verteilte Ringkerne 7» welche durch den Magnet 5 in diametraler Richtung gesättigt werden können. Auf jedem dieser Ringkerne ist eine Wicklung 8, in bezug auf die Richtung des Feldes des Magnet 6 vorzugsweise symetrisch angebracht, sodass eine Aenderung

der Grosse dieses Feldes über der gesamten Wicklung 8 praktisch keine Spannung induziert.

Jede der Wicklungen 8 bildet, zusammen mit einem entsprechenden, damit in Reihe geschalteteten Kondensator 9» einen Impedanzkreis 8, 9. Alle Impedanzkreise sind parallel geschaltet und verden erregt durch Sägezahnschwingungen verhältnismäsaig hoher Prequenz, z.B. 270 kHz, erzeugt durch einen RC-Oazillator mit einem "unijunction" Transistor oder Diode mit doppelter Basis 10. Die Kapazität dieses Oszillators ist gebildet durch die Parallelschaltung der vier Kondensatoren 9» und sein Ladewiderstand ist der Emitterwiderstand 11. Eine Basis des Transistors 10 1st an die negative Klemme (oV) der Speisequelle angeschlossen, und seine andere Basis ist mit einem Widerstand 12 verbunden, welcher andererseits, wie auch der Emitterwiderstand an der positiven Klemme (+15V) dieser Quelle liegt.

Bei gesättigtem Ringkern 7 Ast die Impedanz jeder der Wicklungen 8 praktisch gleich Null. An der Wicklung oder Wicklungen 8 mit ungesättigtem Ringkern 7 .erscheint eine Hochfrequenzspannung. Diese wird durch einen Tranaistor 13» z.B. dee npn-Typs gleichgerichtet, und der durch die

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Kollektor-Emittersti-ecke dieses Transistors fliessende, pulsierende Gleichstrom wird durch einen Kondensator Ik geglättet. Sein Kollektor liegt an der Klemme +15V über einen Widerstand 1.5 und sein Emitter ist unmittelbar mit der Basis eines Schalttransistors 16 verbunden, dessen Emitter an die Klemme oV und dessen Kollektor über den entsprechenden Statorwicklungsteil 1, 2, 3 oder k an die Klemme +15V liegt.

Mit dieser Steuerschaltung werden die Statorwicklungsteile mit sehr scharfen, praktisch rechteckigen Spannungsimpulsen gespeist, und demzufolge kann ein verhältnismässig guter Wirkungsgrad erzielt werden. Die Diagramme der Fig. 2 zeigen diese Spannungsimpulse als Funktion des Drehwinkels (β des Rotors 5» wobei die Impulse V„ und V. an den Wicklungsteilen 3 und k gestrichelt dargestellt sind.

Bei einem Kommutatormotor kann man die Eigenschaften des Motors, insbesonder dessen Antriebs- oder Bremsmoment durch Verdrehen der Bürsten beeinflussen. Dementsprechend könnte man auch die Kerne 7 mit ihrem Abtastwicklungen 8 verschieben. Es ist jedoch interessanter, den Zusammenhang zwischen den Abtastimpulsen und den Erregungsoder Lastimpulsen angelegt an den Statorwicklungesteilen elektronisch zu beeinflussen. Dabei kann man nähmlich nicht allein die Erregerimpulse in bezug auf die Abtastimpulse mehr oder weniger verzögern, sondern man kann sie auch verkürzen oder verlängern. Darüber hinaus kann man die Verzögerung, Verlängerung und/oder Verkürzung durch eine elektrische Grosse steuern lassen, z.B. durch eine der Drehzahl proportionale Spannung V und/oder durch eine dem Drehmoment proportionale Spannung V_n.

Mit einem ersten Ausführungsbeispiel der Einrichtung echematisch dargestellt in Fig. 3 werden die Eingangsimpulse, ohne Verzögerung, durch Zusatzimpulse regelbarer Breite verlängert, wie gezeigt auf Fig. k.

Für Jeden der Schalttransistoren 16 der Fig. I enthält die Einrichtung ein Netzwerk 17t 18 zur Differenzierung der durch den elektronischen Kommutator für den ont-

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sprechenden Wicklungsteil (z.B. 1) gelieferten Impulse. Die Eingangsklemme 19 dieses Netzwerkes wird mit der Basis des entsprechenden Schalttransistors 16 verbunden, und dessen Ausgangskiemme 20, über eine Diode 21, mit dem Kollektor des ersten Transistors 22 einer monostabilen Kippschaltung, die ein Verzögerungsglied mit einstellbarer Zeitkonstante bildet. Die gezeigte Kippschaltung enthält einen zweiten Transistor 23. Die Emitter beider Transistoren 22 und 23» des npn-Typs sind and die Klemme oV angeschlossen und ihre Kollektoren liegen an der Klemme +15V über Widerstand 24 bzw. 25· Die Basis des Transistors 22 ist über einen Widerstand 26, überbrückt durch einen Kondensator 27, mit dem Kollektor des Transistors 23 gekoppelt, und die Basis dieses Transistors ist über einen Kondensator 28 mit dem Kollektor des Transistors 22 gekoppelt und über einen einstellbaren Widerstand 29 mit der Klemme + 15 V verbunden. Schliesslich ist der Kollektor des Transistors 23 über eine Diode 30 mit der Eingangsklemme 19 verbunden. Das Ganze bildet eine Zusatzeinheit, z.B. 21. -^^^{r e}i^nen entsprechenden Widiungsteil, z.B der Wicklungsteil 1.

Bei Abwesenheit eines Signals an der Eingangskiemme 19 ist der Transistor 23 leitend und sperrt den Transistor 22, und auch die Diode 30 bleibt nichtleitend.

Die erste Zeile der Fig. 4 zeigt die gleichgerichteten und geglätteten Abtastimpulse V₁, wie sie in der Schaltung der Fig. 1 der Basis des Schalttransistors 16 des Wicklungsteils 1 zugeführt werden. Die zweite Zeile zeigt die entsprechenden, im Punkte 20 erscheinenden, differenzierten Impulse V₀₀. Der, der Hinterflanke des Impulses V₁ entsprechende negative Impuls V„_ wird durch die Diode 21 übertragen und sperrt den Transistor 23» via den geladenen Kondensator 28, bis derselbe sich über den Widerstand 29 wieder entladen hat. Sobald dies soweit erfolgt ist, dass die Basis des Transistors 23 wieder positiv wird tritt die Kippschaltung in ihren Ruhezustand zurück. Während der Sperrzeit des Transistors 23 gelaigt die positieve Spannung + 15 V über den Widerstand 25 und die Diode 30 an die Eingangsklemme 19 und liefert dort einen Zusatzimpuls V , gezeigt auf der dritten Zeile der Fig. 4, sodass der, der Basis des entsprechenden Schalttraneistors 16 gelieferte Steuerimpuls V₁^ (letzte

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t

j Zeile der Fig, h). mit der Zeit t verlängert ist in bezug auf den ursprünglichen Steuerimpuls V₁. Dabei ist die Zeit Δ t gleich der Zeitkonstante der Kippschaltung und wird hauptsächlich durch den Kondensator 28 und den Widerstand 29 bestimmt.

In einen Motor mit elektronischem Kommutator

und mit mehreren Wicklungsteilen, insbesondere mit mehr als drei Wicklungsteilen kann man die Enegungsimpulse, z.B. V₁ bis Vk ir^einer oder mehreren, z.B. zwei Gruppen einteilen, innerhalb jeder welche Gruppe oder Gruppen diese Impulse, z.B. V und V bzw. V und V. (Fig. Z) einander nicht überschneiden. Es ist dann möglich, ein einziges Verzögerungs-■ glied, und allenfalls auch das zugehörige Differenzierungsnetzwerk mehreren, z.B. zwei Wicklungsteilen 1 und 3

ψ bzw. 2 und h zuzuordnen. Die Einrichtung wird hierdurch vereinfacht und verbilligt.

Eine solche Einrichtung zur automatischen, einstellbaren Verkürzung der Erregungsimpulse ist auf Fig. 5 wiedergegeben.Die gesamte Einrichtung enthält nur zwei Einheiten kl und kZ für die Wicklungsteile 1 und 3 bzw. 2 und k. Jedem der Transistoren 13 der Fig. 1 ist eine umkehrende Verstärkerstufe mit einem Transistor 35 und einem zugehörigen Kollektorwiderstand 36 nachgeschaltet. Die Eingangsklemme 19' der Einheit hl ist über Trennungsdiode 37 und 37' mit der Kollekt-orelektrode des, dem Wicklungsteil 1 bzw. 3 zugeordneten Gleichrichtertransistors 13 verbunden, und die Basis des

^ Schalttransistors 16 für den Wicklungsteil 1 bzw. 3 ist auf

' den Kollektor des zugehörigen Transistors 35 angeschlossen. Die Kippschaltung steuert eine Umkehrstufe mit einem Transistor 38 und einem zugehörigen Kollektorwiderstand 39» und j der Kollektor dieses Transistors ist über eine Diode 30' bzw. 30" mit dem Kollektor des Verstärkertransistors 35 und mit der Basis des Schalttranistors 16 für jeden der Wicklungsteile 1 und 3 verbunden. Schliesslich ist der einstellbare Widerstand 29 der Fig. 3 ersetzt durch einen festen Widerstand 29' in Reihe mit der Kollektor-Emitterstrecke eines Regeltransistors ifO, des npn-Typs. Der Widerstand dieser Kollektor-Emitterstrecke wird durch Zufuhr eines veränderlichen Basistroms via einen Widerstand k$, durch eine in bezug auf

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die Klemme + 15V negative Spannung V geregelt, die z.B. von einem Tachometergenerator geliefert wird und mit der Drehgeschwindigkeit des Rotors 5 proportional zunimmt.

Da die Steuerspannung für üie Differenzierungsnetzwerke 17» 18 nun am .Kollektor des Transistors 13 statt an dessen Emitter abgenommen wird, werden durch dieses Netzwerk negative Impulse V_? ' an der Vorderflanke jedes der Positionsimpulse V₁ und V„ erzeugt, wie auf Fig. 6 dargestellt. Diese spitzen negativen Impulse steuern die monostabile Kippschaltung mit den Transistoren 22 und 23 an, und während der Verzögerungzeit &t^l dieser Schaltung werden, am Kollektor des Umkehrtransistors 38, negative Verzögerungsimpulse V. erzeugt (dritte Zeile der Fig. 6). Während des Beginns jedes

der Impulse V₁ oder V~ ist somit die Kollektoremitterstrebke des zugehörigen Umkehrtransistors 35 durch die des Transistors 38 in Reihe mit der Diode 30' bzw. 30" kurzgeschlossen, sodass der Impuls V₁ oder V_ nicht mehr nach der Basis des zugehörigen S_chalttransistors 16 übertragen werden kann, bevor die Kippschaltung mit den Transistoren 22 und 23 in ihren Ruhezustand zurückgekehrt is und den Umkehrtransistor 38 erneut gesperrt hat. Die der Basis jedes Schalttransistors 16 zugeführten Steuerimpulse V₁ ^ (letzte Zeile der Fig. 6) ergeben sich somit durch Abzug der Impulse V. von den Abtastimpulsen V₁ bzw. \^r„.

Wenn man den Kollektor des Transistors 38 mit dem Block k$ und die Kollektoren der Transistoren k6 und 47 mit den Kollektoren der Steuertransietoren der Leistungskomrautierungsschaltung verbindet, so werden hiermit die zugehörigen Wicklungsteile während wenigstens eines Teiles des Verzögerungsimpulses kurzgeschlossen, wie angegeben durch die Punkte Strich Linien in Fig. 7 die den Verlauf der Spannung an der Wicklung als Funktion des Drehungswinkels angibt.

Dadurch wird erreicht dass die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien in der Nähe des Leerlaufes einen steileren Verlauf annehmen und mit etwa konstanter Steigung in den Generatorbereich übergehen.

Für jeden Wert des Widerstands 29", kO, und somit für jeden Wert der Spannung V ist die Dauer At' der Abzugs-

impulse V. praktisch konstant und unabhängig von der Drehgeschwindigkeit des Rotors 5· Die entsprechende Anschneidung ' der Erregungßimpulse V-g ist somit proportional dieser Drehgeschwindigkeit. Bei zunehmender Drehgeochwindigkeit nimmt·;

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jedoch die negative Vorspannung V , und hiermit der

Widerstand 29' + ^O zu, und bei zunehmendem Widerstand wächst auch <£t' , sodass eine quadratische Abhängigkeit des Anschnittwinkels A cP* von der Drehgeschwindigkeit dj0/dt erzielt werden kann.

Fig. 8 zeigt eine Einheit ^J_ eines dritten Ausführungsbeispiels. Diese Einheit zetzt sich zusammen aus einer Einheit h 1 nach Fig. 5» die jedoch nur einem einzigen Wicklungsteil 1 zugeordnet ist, sodass die Trennungsdioden 37 und 37' und eine Ausgangsdiode 30" überflüssig sind, und aus einer Einheit J3J. nach Figur 3» worin der einstellbare Widerstand 29 durch einen festen Widerstand in Reihe mit der Emitterkollektorstrecke eines W Transistors hO' des npn-Typs ersetzt ist, welcher über einen Basiswiderstand ^5' durch eine Spannungsquelle V gesteuert wird.

Wie in Fig. 5 wird die Einheit U1 durch die

Spannung am Kollektor des zugehörigen Gleichrichtertransistors 13 gesteuert. Wie in Fig. 3 wird die Einheit 31 durch die Spannung zur Steuerung der Basis des zugehörigen Schalttransistors 16 gesteuert. Zwischen diesem Basisanschluss und der mit dem Kollektor des zugehörigen Umkehrtransistors 35 verbundenen Eingangsklemme 19 der Einheit 31 ist jedoch eine Trenndiode 46 eingeschaltet, damit die Einheit 31 nicht durch das Leitendwerden des Umkehrtransistors 38 der Einheit fc Η~\ , am Anfang jedes Abtastimpulse V angesteuert werden kann.

Fig. 9 veranschaulicht die Wirkungsweise dieses Ausfuhxungsbeispiels. Die drei oberen Zeilen entsprechen etwa denjenigen der Fig. 6, falls man dort nur die ausgezogenen Impulse V₁, V .' und V. berücksichtigt. Die vierte und fünfte Zeilen entsprechen den zweiten und dritten Zeilen der Fig. k und die unterste Zeile zeigt die mit Abzugsimpulsen V. einer Dauer -dt angeschnittenen und mit Zusatzimpulsen V„ einer Dauer ^Jt¹ verlängerten Erregungsimpulse V^.

Selbstverständlich,und wie angedeutet, können die Verzögerungsglieder beider Einheiten 31 und ^1 .voneinander verschiedene Zeitkonstanten besitzen und können diese Zeitkonstanten unter Einwirkung verschiedener Grossen geändert werden. Zum Beispiel kann die Regelspannung V_D die Einheit 31 vom Drehmoment des Motors, z.B. vom Motorstrom

abgeleitet werden. Dabei können die Zusatzimpulse V„ bei zunehmender Amplitude der Erregungsstromimpulse verlängert werden, sodass das maximale Antriebsdrehmoment des Motors erhöht wird, oder sie können verkürzt werden, sodass eine Strombegrenzung eintritt.

In der vierten auf Fig. 10 teilweise dargestellten Ausführungsform enthält die Einrichtung, für jeden Wicklungsteil oder für jede Gruppe von Wicklungsteilen eine Einheit k~\ wie die der Figuren 5 und 7« und eine Einheit 31 wie die der Figuren 3 und 7» mit einem als einstellbaren Widerstand dienenden Transistor kO* _t jedoch ohne Dxfferenzierungsnetzwerk. Die Eingangsklemme 20 der Einheit 31 ist unmittelbar mit derjenigen 20' der Einheit-4i verbunden, der Umkehrtransistor 35 der Figuren 5 und 7 ist überflüssig weil die Erregungsimpulse V₁^ für die Basis des zugehörigen Schalttransistors 16 durch Zusatzimpulse V„, unter Abzug von Abzugsimpulsen V. gebildet werden, sodass der entsprechende Basisanschluss nur mit dem Kollektor des Umkehrtransistors der Einheit 41, über die Diode 30' und mit dem zweiten Transistor", der Kippschaltung der Einheit 31» über die Diode 30 verbunden ist.

Wie auf Fig. 11 veranschautlicht, beginnen sowohl die Abzugsimpulse V. wie auch die Zusatzimpulse V„ mit der Vorderflanke der Positionsimpulse V₁ . Die Zusatzinipulse V_

I Ct

von der Dauer ^) t sind jedoch langer als die Abzugsimpulse V. mit der Dauer «1t', und der vordere Teil jedes Zusatzimpulses wird unterdrückt durch den entsprechenden Abzugsimpuls, sodass nur der Erregungsimpuls V₁^, gebildet durch den Zusatzimpuls unter Abzug des Abzugsimpulses der Basis des Transistors 16 zugeleitet wird.

Wie gestx^ichelt angedeutet, kann man auch die Einheit 31 durch die Einheit 41 ansteuern lassen. Hierzu braucht man ein zweites, mit dem Kollektor des zweiten Transistors der Kippschaltung der Einheit kl verbundenes Differenzierungsnetzwerk 17'f 18^!. Die Klemme 20 der Einheit 31 wird dann nicht mehr mit dem entsprechenden Punkt der Einheit kl , sonderen mit dem Ausgangspunkt 20„ dieses zweiten Netzwerkes verbunden. Die Zusatzimpulse beginnen dann nicht mehr mit der Vorderflanke der Abtastimpulse V₁, sondern wie auf der vierten Zeile von Fig. 10 gestrichelt und mit At„ angedeutet, mit

Cj

der Ilinterflonke der noch nicht umgekehrten Abzugsimpulse V .

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Der Uinkehi'transistor 38, sein Kollektorwiderstand 39 und die Trenndioden 30 und 30' sind dann überflüssig, da die Erregungsimpulse V ^ durch die Zusatzimpulse V„ gebildet werden. Ein anderer Vorteil ist, dass es nunmehr nicht notwendig ist dafür zu sorgen, dass die Zeitkonstante ^t der Einheit 31 im Betrieb immer grosser bleibt als diejenige ,dt¹ der Einheit kl.

Mittels der beschriebenen Einrichtungen und weiterer möglichen Ausführungsformen und/oder Varianten derselben lassen sich die Drehnioment-Drehzahlkennlinien eines gegebenen, in seiner Dimensionierung schon festliegenden Motors in weitgehend beliebiger Weise elektronisch verändern, indem man die Dauer der Erreger- oder Lastimpulse und ihre Verzögerung in bezug auf die Abtast-

P . impulse durch elektrische Grossen regelt, z.B. in Abhängigkeit der Drehzahl und/oder des Drehmoments des Motors. Zum Beispiel sind die Drehmoment-Drehzahlkennlinien mit der Verzögerungszeit (^t¹) als Parameter, die man für einen Motor mit Permanentmagneterregung erhält denen eines Gleichstromnebenschlussmotors mit Drehzahlregelung oder Steuerung durch Feldschwächung sehr ähnlich. Dies ist an sich schon ein wichtiges Ergebnis, da sich das Feld eines Permanentmagnets kaum beeinflussen lässt. Darüber hinaus erfolgt die Regelung durch Beeinflussung der Datier und/oder der Verzögerung der Erreger- oder Lastimpulse praktisch verlustlos .

^ Abbildung 12 zeigt ein Blockschaltbild eines mit

einer weiteren Steuervorrichtung versehenen Ί-phasigen Motors. Der Hochfrequenzgenerator A liefert seine Spannung

an die bewickelten Ringkerne in B, welche Spannung hierdurch

/und periodisch durchgelassen und in den Blöcken C Positionsimpulsen gleichgerichtet und den Gattern F zugeführt wird. Diese Positionsimpulse werden als weitere Positionsimpulse in den Blöcke D differenziert«Ihre Vorderflanken lösen in . Verzögerungsgliedern E Verzögerungsimpulse mit Verzögerungszeiten 4 t. aus. Diese Verzögerungsimpulse werden ebenfalls Gatter F zugefühx-t. Die weiteren Positionsimpulse sind in diesem Fall um 180° gegenüber den Positionsimpulseii phaseiwerscliobenen sodass der Referenzwinkel hier 18O° j st.

Hier ist zur Verzögerung des RingkernsigmU s ν

' ,η

Referenzpunkt für die Auslösung des Verzögerungssignals c der anfangspunkt des Signals a gewählt. Würde man die Hinterflanke des Signals a als Referenzpunkt verwenden, so wäre eine zusätzliche Umkehrstufe H erforderlich, die in dem gestrichelt eingezeichneten Zweig angedeutet ist, welcher· in dem Falls an die Stelle des oben eingezeichneten Zweiges treten würde. Der Referenzwinkel kann also beliebig gewählt- werden. Die Auswirkung dieser Massnahme ist aus dem Impulsdiagramm in Abbildung 13 ersichtlicht. Betrachtet man diese Impulsbilder als über dem Winkel ^l t dargestellt, so sind die Impulse a, e und b in ihrer Länge und Phasenlage konstant. Dagegen ist die Länge des Pulses c der Drehzahl proportional. Offenbar hat nun der Impuls c nur dann einen Einfluss auf den Steuerimpuls f, wenn sich c mit e überlappt. Bei niedrigeren Drehzhalen wird also der Impuls e unverzögert durchgelassen. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, den Motor mit unvermindert hohem Drehmoment anlaufen zu lassen und erst von einer bestimmten frei wählbaren Drehzah an das Drehmoment-Drehzahlverhalten zu stabilisieren. Dabei können die Verzögerungszeiten ^t dann sehr gross gewählt werden.

In Abbildung 14 ist ein Schaltbild angegeben,

dass es ermöglicht, einen von einem Ringkernkanal gelieferten Steuerimpuls a in mehrere Teilimpulse zu zerlegen, die um bestimmte Winkel gegeneinander verschoben und in ihrer Länge drehzahlabhängig sind. In dem dargestellten Beispiel sind dazu die (differenzierten Ausgangssignale von acht Ringkernkanälen auf direkte Eingänge und zusätzlich vier Ringkernsignale auf invertierende Eingänge eines Oder-Gatters gegeben, so dass an dessen Ausgang zwölf äquidistante Impulse pro Periode erscheinen, die jeweils ein Verzögerungsglied E auslösen. Vier der Ringkernsignale werden wie üblich den Und-Gattern F zugeleitet und dort mit dem Signal c der Verzögerungsleitung verknüpft. Das Ergebnis ist der Steuerimpuls f, der von Fig. 15» wie aus dem Impulsdiagramm ersichtlich, aus vier drehzahlabhängigen Einzelimpulsen besteht.

Der Vorteil dieser Steuermöglichkeit liegt vor allem darin, dass einer bestimmten Aenderung des Gesamtstromflusswinkels eine relativ kleinere Aenderung der Phasenverschiebung ^" entspricht. Ausserdem ergeben sich aber auch Vorteile, insbesondere bei höheren Drehzahlen, hin-

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sichtlich der Drehmoments chwanku'iigcn. L· Kf Ό 4, s) *J \)

Obwohl in den beschriebenen Ausführungsbeispielen als Positionsindikatoren induktive Bauelemente verwendet sind, wird es einleuchten, dass alle Arten von Positionsindikatoren geeignet sind, wie zum Beispiel Hall-elemente und kapazitive Positions-Bauelemente.

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Claims (1)

1. Einrichtung an einer bürstenlosen Gleichstrommaschine mit einer aus einem oder mehreren Teilen bestehenden Wicklung und mit einem elektronischen Kommutator, bestehend aus steuerbaren Schaltelementen über welche die Betriebspannung an die einzelnen Wicklungsteile gelangt, und einer Steuervorrichtung die mindestens einen Positionsindikator enthält, aus der sich Positionsimpulse entnehmen lassen, die bestimmten WinkelstQllungen des Läufers eindeutig zugeordnet sind, zur Einstellung der Einschaltwinkel der steuerbaren Schaltelemente des Kommutators, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein durch einen Positionsiinpuls gesteuertes Verzögerungsglied mit fester oder variabler Zeitkonstante zur Erzeugung von Impulsen mit bestimmter Dauer und ein Netzwerk zur Verknüpfung dieser Impulse mit bestimmten Positionsimpulsen und anschliessender Ansteuerung der steuerbaren Schaltelemente des Kommutators mit den resultierenden Steuerimpulsen vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet'

dass eine weitere Steuervorrichtung mit mindestens einem weiteren Positionsindikator zur Erzeugung von weiteren Positionsimpulsen vorgesehen ist, die gegenüber den ersten Positionsimpulsen voreilen, welche weitere Steuervorrichtung mit de_n Verzögerungsgliedern verbunden ist.

3· Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Vorrichtung zum Kurzschluss der betreffenden Wicklungsteile während wenigstens eines Teiles jedes Verzögerungsimpulses vorgesehen ist.

h. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, dass von den Ausgängen der Steuervorrichtung und weiteren Steuervorrichtung wenigstens ein Teil mit wenigstens einem Verzögerungsglied dessen Ausgang zu wenigstens einer Verknüpfungsschaltung führt in dex' mehreren dieser Verzögerungsimpulse mit jeweils einem Positionsimpuls zu resultierenden Steuerimpulsen verknüpft werden, verbunden ist.

5» Eim-ichtung nach Anspruch 1 bis k, dadurch gekennzeichnet dass jedes Verzögerungsglied durch eine monostabile Kippschaltung gebildet ist.

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6.. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet dass jedem Wicklungsteil ein einziges Verzögerungsglied zugeordnet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet dass jedem Wicklungsteil zwei Verzögerungsglieder zugeordnet sind, wovon eines zvir Verzögerung der Vorderflanke und das andere zur Verzögerung der Rückflanke des Positionsimpulses herangezogen wird.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der' vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Verzögerungsglied mehreren verschiedenen Wicklungsteilen zugeordnet ist.

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