DE3013249C2 - - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
- H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
- H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors
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Description
Die Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor entspre
chend dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Gleichstrommotoren dieser Art werden beispielsweise für
Plattenspieler oder Tonbandgeräte verwendet.
Ein Gleichstrommotor entsprechend dem Oberbegriff des An
spruches 1 ist beispielsweise durch die US-PS 35 17 289
bekannt. Hierbei sind Halleffektelemente vorgesehen, die
die den Ankerwicklungen des Motors zugeführten Ströme in
sinusförmiger Beziehung zur Rotordrehlage steuern, um
unabhängig vom Drehwinkel der Motorwelle ein konstantes
Drehmoment zu erreichen.
Bei einem derartigen Gleichstrommotor wird der Rotorma
gnet so magnetisiert, daß sich der Magnetfluß des Rotor
magneten sinusförmig ändert.
Zum Stand der Technik gehören weiterhin magnetisch steu
erbare Widerstände (sogenannte "Feldplatten"), deren Wi
derstand in Abhängigkeit von der magnetischen Induktion
zunächst etwa quadratisch und von einem bestimmten Induk
tionswert an nahezu linear ansteigt (vgl. ATM, Nov. 68, Seiten
R 133-R 135).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleich
strommotor entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1
so auszubilden, daß unabhängig von der Drehlage der Mo
torwelle ein konstantes Drehmoment erzeugt wird, jedoch
keine oder nur geringe elektrische Störsignale hervorge
rufen werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeich
nenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 14
beispielsweise erläutert. Es zeigt:
Fig. 1A und 1B Diagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise
des Gleichstrommotors,
Fig. 2 einen Querschnitt des Motors.
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Statormagneten
des Motors der Fig. 2,
Fig. 4 eine Aufsicht der Zweiphasensteuerwicklung des
Motors der Fig. 2,
Fig. 5 den Lagemagneten des Motors in Fig. 2,
Fig. 6 ein Schaltbild eines Ansteuerkreises zur Ansteue
rung des Motors in Fig. 2,
Fig. 7 und 8 schematische Darstellungen des Kommutators
und der Bürste des Motors in Fig. 2,
Fig. 9 eine Aufsicht der Zweiphasenansteuerwicklungen
in einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 10 einen Querschnitt des Motors in einer weiteren
Ausführungsform,
Fig. 11 den Rotormagneten und den Lagemagneten des Motors
in Fig. 10,
Fig. 12 die Zweiphasenansteuerwicklungen des Motors in
Fig. 10,
Fig. 13 ein Schaltbild des Ansteuerkreises des Motors in
Fig. 10, und
Fig. 14A und 14B Diagramme zur Erläuterung der Arbeits
weise des Motors in Fig. 10.
Bei dem Gleichstrommotor wird ein Festmagnet bis zur Sätti
gung magnetisiert, um unabhängig vom Drehwinkel R der Motor
welle eine konstante Feldstärke zu erzielen. Zweiphasige
Ansteuerwicklungen des Motors sind an Stellen angeordnet,
die eine elektrische Winkeldifferenz haben, die ein ungerad
zahliges Vielfaches von 90° ist, und denen Ströme proportio
nal sin²R und cos²R zugeführt werden.
Theoretisch wird, wenn ein Strom proportional sin²R einer
der Ansteuerwicklungen zugeführt wird, ein Drehmoment Ts
erzeugt, das wie folgt ausgedrückt werden kann:
Ts = B × K sin²R
wobei B der Magnetfluß und K eine Konstante ist.
Wenn ein Strom proportional cos²R der anderen Ansteuerwick
lung zugeführt wird, wird ein Drehmoment Tc erzeugt, das
wie folgt ausgedrückt werden kann:
Tc = B × K cos²R
Das zusammengesetzte Drehmoment T kann wie folgt ausge
drückt werden:
T = Ts + TC = B · K (sin²R + cos²R) = B · K
Es ist somit ersichtlich, daß, wenn die Ströme proportional
sin²R und cos²R den Zweiphasenansteuerwicklungen des Motors
zugeführt werden, ein Drehmoment, das unabhängig von dem
Drehwinkel R der Motorwelle konstant ist, erzeugt wird,
und ein Gleichstrommotor ohne Welligkeit des Drehmoments
realisierbar ist.
Selbst wenn das Magnetfeld konstant ist, wird die Richtung
des Magnetfeldes zwischen den Magnetpolen N und S umge
kehrt. Bei der praktischen Ansteuerung eines Gleichstrom
motors müssen daher die Richtungen der Ströme I 1 und I 2,
die proportional sin²R und cos²R sind, wie die Fig. 1A
und 1B zeigen, synchron mit der Änderung der Magnetfelder
geändert werden, die den Ansteuerwicklungen zugeführt
werden, die in den Fig. 1A und 1B durch durchgehende Linien
1 und 2 gezeigt sind, wie in diesen Figuren die unterbro
chenen Linien zeigen, wenn die Ströme I 1 und I 2 den An
steuerwicklungen zugeführt werden.
Für einen bürstenlosen Motor und einen Motor mit Bürste
gibt es zwei Arten der Änderung der Stromrichtung.
Zunächst wird der Fall des Motors mit Bürste beschrieben.
Wenn eine Bürste und ein Kommutator verwendet werden, um
die Stromrichtung zu ändern, kann die Gefahr auftreten,
daß ein elektrisches Störsignal in Abhängigkeit von der
Änderungszeit der Stromrichtung erzeugt wird. Zur Be
seitigung dieses Problems wird, wenn der Strom geändert
bzw. geschaltet wird, der Pegel des durch die Ansteuer
wicklung fließenden Stroms etwa zu Null gewählt, um das
elektrische Störsignal zu verringern, das bei einem be
kannten Gleichstrommotor mit Bürste erzeugt wird.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des Gleichstrommotors.
In Fig. 2 bezeichnet 3 die Welle, 4 den Feldmagneten, 5
den Anker, der aus Zweiphasenansteuerwicklungen 6 und 7
besteht und an der Welle 3 befestigt ist, 6 P eine Bürste
8 und einen Kommutator 9, die für die erste Ansteuer
wicklung 6 vorgesehen sind, und 7 P eine Bürste 10 und
einen Kommutator 11, die für die zweite Ansteuerwicklung
7 vorgesehen sind.
Ein Lagemagnet 12 ist zusammen mit dem Anker 5 drehbar,
und ein magnetischer Widerstand 13 ist so angeordnet, daß
er den Magnetfluß erfaßt, der von dem Lagemagneten 12 aus
geht.
In Fig. 2 sind 14 und 15 Magnetjoche, die Lager 16 und 17
zur Lagerung der Welle 3 haben. Der Feldmagnet 4 ist ring
förmig, ist an dem Joch 14 befestigt und ist so magneti
siert, daß er acht kreisförmig angeordnete Pole hat, wie
Fig. 3 zeigt. Der Feldmagnet 4 ist bis zur Sättigung
magnetisiert, um einen trapezförmigen Verlauf der Magnet
flußverteilung zu erzielen.
Die Zweiphasenansteuerwicklungen 6 und 7, die zusammen mit
der Welle 3 gedreht werden, sind wie in Fig. 4 angeordnet.
Wicklungsblöcke C 1 und C 2, die hinsichtlich des elektri
schen Winkels in Phase angeordnet sind, sind in Reihe ge
schaltet, um die erste Ansteuerwicklung 6 zu bilden; in
ähnlicher Weise sind Wicklungsblöcke C 3 und C 4 hinsicht
lich des elektrischen Winkels in Phase angeordnet und in
Reihe geschaltet, um die zweite Ansteuerwicklung 7 zu
bilden. Die erste und zweite Ansteuerwicklung 6 und 7
liegen an Stellen, die um ein ungeradzahliges Vielfaches
von 90° im elektrischen Winkel versetzt sind. Wenn daher
das Magnetfeld, das in Fig. 1A durch die durchgehende
Linie 1 gezeigt ist, auf die erste Ansteuerwicklung 6
gegeben wird, wird das Magnetfeld, das in Fig. 1B durch
die durchgehende Linie 2 gezeigt ist, auf die zweite An
steuerwicklung 7 gegeben.
Der Lagemagnet 12 und der Magnetwiderstand 13 (der am
Joch 14 befestigt ist) erzeugen Ströme proportional
sin²R und cos²R, die als Ansteuerströme der ersten und
zweiten Ansteuerwicklung 6 und 7 zugeführt werden. Der
Magnetwiderstand 13 erzeugt ein Ausgangssignal, das dem
Quadrat des Magnetflusses B proportional ist.
Beim Beispiel der Fig. 2 ist der Lagemagnet 12 ein Ring
magnet, der so magnetisiert ist, daß er die gleiche An
zahl von Polen wie der Feldmagnet 4, d. h. acht Pole hat,
wie Fig. 5 zeigt, und die Magnetflußverteilung des
Lagemagneten 12 hat einen sinusförmigen Verlauf. Der
Lagemagnet 12 ist z. B. am Anker 5 zusammen mit diesem
und der Welle 3 drehbar angeordnet. Der Magnetwiderstand
13 ist z. B. am Joch 14 befestigt, um den vom Lagemagneten
12 ausgehenden Magnetfluß zu erfassen.
Wenn der Magnetfluß des Lagemagneten 12 durch B sin R
ausgedrückt wird, wird das Ausgangssignal des Magnetwider
standes 13, während sich der Lagemagnet 12 dreht, propor
tional (B sinR)², der Magnetwiderstand 13 erzeugt damit
ein Signal proportional sin²R.
Im Gleichstrommotor muß außerdem ein Signal proportional cos²R
erzeugt werden. Hierzu kann man einen gesonderten Magnetwider
stand verwenden. Bei diesem Beispiel wird jedoch durch
Anwendung der Beziehung cos²R = 1 - sin²R ein Signal pro
portional cos²R aus dem sin²R proportionalen Signal er
zeugt, das vom Magnetwiderstand 13 erhalten wird. Dies
bedeutet, daß die Polarität des sin²R proportionalen
Signals umgekehrt wird, und dann dessen Gleichstrompegel
geändert wird, um ein Signal proportional cos²R zu er
zeugen.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel des Ansteuerkreises für den
Gleichstrommotor. Der Magnetwiderstand 13 erhält Gleich
strom von einer Gleichspannungsquelle EO und auch den
Magnetfluß B sinR vom Lagemagneten 12, so daß der Magnet
widerstand 13 an seinem Ausgangsanschluß ein Ausgangs
signal Es proportional B² sin²R abgibt, das dann einem
Operationsverstärker 17 zur Verstärkung zugeführt wird.
Auf der Grundlage des Ausgangssignals des Operationsver
stärkers 17 wird ein Strom I 1 proportional sin²R dem
ersten Ansteuerkreis 6 zugeführt.
Das Ausgangssignal Es des Magnetwiderstandes 13 wird unter
Polaritätsumkehr einem Operationsverstärker 18 zugeführt,
und sein Gleichspannungspegel wird durch eine Gleichspan
nungsquelle 20 verschoben. Der Operationsverstärker 18
erzeugt daher ein Ausgangssignal proportional cos²R, auf
dessen Grundlage ein Strom I 2 proportional cos²R der
zweiten Ansteuerwicklung 7 zugeführt wird.
In Fig. 6 bezeichnet 19 eine Gleichspannungsquelle, die
zur Beseitigung einer Gleichspannungsverschiebung durch
den Magnetwiderstand 13 verwendet wird.
Die Richtungen der Ströme I 1 und I 2, die durch die An
steuerwicklungen 6 und 7 fließen, werden durch die An
ordnung 6 P der Bürste 8 und des Kommutators 9 und die
Anordnung 7 P der Bürste 10 und des Kommutators 11 in
Abhängigkeit von der Änderung des Magnetfeldes geschal
tet, das auf die Ansteuerwicklungen 6 und 7 gegeben wird.
Die obige Schaltzeit der Stromrichtung wird in der fol
genden Weise zu dem Zeitpunkt gewählt, wenn die Ströme
I 1 und I 2 im wesentlichen Null sind. Der Magnetwider
stand 13 wird an einer solchen Stelle angeordnet, daß
der Pegel der Ströme I 1 und I 2 im wesentlichen Null wird,
wenn die Magnetfelder, die auf die Ansteuerwicklungen 6
und 7 gegeben werden, vom Nordpol auf den Südpol ge
schaltet werden, wie die Fig. 1A und 1B zeigen.
Es werden nun die Konstruktion und die Anordnung der Bürste
und des Kommutators beschrieben. Wie die Fig. 7 und 8 zei
gen, ist die Anzahl der Kommutatoren 9 und 11 gleich der
Polzahl des Feldmagneten 4, und damit sind acht Kommuta
toren 9 a bis 9 h und 11 a bis 11 h vorhanden. Die acht
Kommutatoren 9 a bis 9 h und 11 a bis 11 h umgeben die Welle 3.
Beide Kommutatorgruppen sind längs der Achse der Welle 3
angeordnet, wie Fig. 2 zeigt. Die Kommutatoren 9 a bis 9 h
und 11 a bis 11 h haben die gleiche Winkellage um die Welle 3.
Die Kommutatoren 9 a und 11 a z. B. haben die gleiche Winkel
lage.
Wie Fig. 7 zeigt, ist jeder Kommutator 9 a, 9 c, 9 e und 9 g
mit dem einen Ende der ersten Ansteuerwicklung 6 verbunden,
und die anderen Kommutatoren 9 b, 9 d, 9 f und 9 h sind mit
dem anderen Ende der ersten Ansteuerwicklung 6 verbunden.
Obwohl in Fig. 8 nicht gezeigt, sind die Kommutatoren 11 a
bis 11 h wie die Kommutatoren 9 a bis 9 h mit der zweiten An
steuerwicklung 7 verbunden.
Die Bürsten 8 und 10 bestehen aus zwei Bürsten 8 a, 8 b und
10 a, 10 b, wie die Fig. 7 und 8 zeigen. Die Bürsten 8 a und
10 a sind mit den Ausgängen der Operationsverstärker 17
und 18 verbunden, und die anderen Bürsten 8 b und 10 b liegen
an Masse, wie Fig. 6 zeigt. Die Bürsten 8 a und 8 b und 10 a
und 10 b sind um ein ungeradzahliges Vielfaches von 180°
im elektrischen Winkel versetzt, wobei die Bürsten 8 a und
8 b an Stellen liegen, die im elektrischen Winkel um ein
ungeradzahliges Vielfaches von 90° versetzt sind und die
Bürsten 10 a und 10 b wie die Bürsten 8 a und 8 b angeordnet
sind.
Da bei dem obigen Beispiel der Lagemagnet 12, der Magnet
widerstand 13 und die Anordnungen 6 P und 7 P der Bürsten
und Kommutatoren in der obigen Weise aufgebaut und ange
ordnet sind, berührt während der Periode von z. B. 180°
des elektrischen Winkels, in der die Bürste 8 a den Kommu
tator 9 a berührt, die Bürste 8 b den Kommutator 9 b. In
dieser Periode fließt somit ein Ansteuerstrom durch die
Ansteuerwicklung 6 in der durch den Pfeil 21 in Fig. 7
angegebenen Richtung. Während der Periode von 180° des
elektrischen Winkels nach der obigen Periode, berührt
die Bürste 8 a, wenn die Drehrichtung des Kommutators 9
durch den Pfeil 21 a in Fig. 7 angegeben wird, den Kommu
tator 9 b und die Bürste 8 a den Kommutator 9 c. Damit
fließt in dieser Periode ein Ansteuerstrom durch die An
steuerwicklung 6 in der durch den Pfeil 22 angegebenen
Richtung entgegengesetzt zu der durch den Pfeil 21 in
Fig. 7 angegebenen, so daß die Stromrichtung umgeschaltet
ist.
Da die Stromumschaltung zu dem Zeitpunkt auftritt, wenn
die Ströme proportional sin²R und cos²R im wesentlichen
Null sind, wie Fig. 1 zeigt, wird nahezu kein elektrisches
Störsignal während dieser Stromumschaltung erzeugt. Selbst
wenn die Stromumschaltung z. B. um etwa 10° im elektrischen
Winkel abweicht, beträgt der zu diesem Zeitpunkt fließende
Strom nur etwa 3% der Maximalamplitude, und damit wird zu
diesem Zeitpunkt nur ein sehr geringes elektrisches Stör
signal erzeugt.
Wie zuvor beschrieben, hat der Gleichstrommotor mit Bürste
somit nahezu keine Welligkeit und die erzeugten elektri
schen Störsignale sind sehr gering.
Da es bei dem obigen Beispiel ausreicht, daß die Ströme
proportional sin²R und cos²R der gleichen Polarität über
die Verstärker den Ansteuerwicklungen zugeführt werden,
kann eine Batterie als Spannungsquelle des Motors verwen
det werden, die einfach und zweckmäßig ist.
Bei dem obigen Beispiel werden die Ansteuerströme, die den
Zweiphasenansteuerwicklungen zugeführt werden, von dem
einzigen Magnetwiderstand abgeleitet, so daß keine Gefahr
auftritt, daß sich der Gleichspannungspegel des Ausgangs
signals des Magnetwiderstandes infolge Streuung ändert,
wie dies der Fall ist, wenn zwei Magnetwiderstände ver
wendet werden, und daher wird keine Drehmomentwelligkeit
durch eine Gleichspannungspegeländerung verursacht.
Bei dem obigen Beispiel sind die Kommutatoren 9 und 11
in der gleichen Winkellage angeordnet, und die Bürsten 8
und 10 sind im elektrischen Winkel um ein ungeradzahliges
Vielfaches von 90° versetzt. Es ist auch im Gegensatz zum
obigen Fall möglich, die Bürsten 8 und 10 im elektrischen
Winkel in der gleichen Lage und die Kommutatoren 9 und 11
im elektrischen Winkel um ein ungeradzahliges Vielfaches
von 90° versetzt anzuordnen.
Wenn die Anzahl der Magnetpole im Feldmagneten 4 zu N (eine
positive ganze Zahl) gewählt wird, wenn N/2 eine gerade
Zahl wie im Falle der Fig. 3 ist, bilden die Wicklungs
blöcke C 1 und C 2 oder C 3 und C 4 in Fig. 4 selbst in der
Lage der Polarität der vom Feldmagneten erzeugten Magnet
felder, so daß die Drehmomente mit gutem Gleichgewicht
erzeugt werden. Wenn jedoch N/2 ungeradzahlig ist, und
die Polzahl z. B. 6 beträgt, wie in Fig. 9, sowie die
Wicklungsblöcke C 1 und C 2 oder C 3 und C 4 auf der Symmetrie
achse liegen, wird die Polarität des vom Feldmagneten an
gewandten Magnetfeldes unterschiedlich. In diesem Falle
sind daher die Wicklungsblöcke C 1 und C 2 bzw. C 3 und C 4
entgegengesetzt zum Fall der Fig. 4 geschaltet.
Es wird nun ein Beispiel des bürstenlosen Gleichstrommotors
beschrieben.
Bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor ist ein Magnet als
Rotor und eine Ansteuerwicklung als Stator verwendet. Der
Rotormagnet wird bis zur Sättigung magnetisiert, um un
abhängig vom Drehwinkel R der Motorwelle ein Magnetfeld
konstanter Größe zu erzeugen, während die Ansteuerwicklung
aus Zweiphasenwicklungen gebildet ist, die im elektrischen
Winkel um ein ungeradzahliges Vielfaches von 90° versetzt
sind und denen Ansteuerströme proportional sin²R und
cos²R zugeführt werden.
Fig. 10 zeigt im Querschnitt ein Beispiel des Motors. In
Fig. 10 bezeichnet 23 eine Welle, 24 einen Rotormagneten,
der sich zusammen mit der Welle 23 dreht, 25 und 26 Zwei
phasenansteuerwicklungen, 27 einen Lagemagneten, der sich
zusammmen mit dem Rotormagneten 24 dreht, und 28 einen
Magnetwiderstand, der so angeordnet ist, daß er den vom
Lagemagneten 27 ausgehenden Magnetfluß erfaßt.
In Fig. 10 nicht gezeigte, jedoch anhand der Fig. 12 be
schriebene Halleffektelemente 29 und 30 sind vorgesehen,
um den Magnetfluß zu erfassen, der von dem Rotormagneten
24 ausgeht.
In Fig. 10 bezeichnet 31 ein Joch, das sich zusammen mit
der Welle 23 dreht und das den Rotormagneten 24 und den
Lagemagneten 27 trägt und 32 ein weiteres Joch, das die
Welle 23 über Lager 33 und 34 und die Ansteuerwicklungen
25, 26, den Magnetwiderstand 28 und die Halleffektelemente
29, 30 trägt.
Wie Fig. 11 zeigt, ist der Rotormagnet 24 so magnetisiert,
daß er bei dem gezeigten Beispiel acht Pole hat, und ist
auch gesättigt, wie zuvor beschrieben wurde, so daß die
Magnetflußverteilung trapezförmig ist.
Die Anordnung der Zweiphasensteuerwicklungen 25 und 26
ist in Fig. 12 gezeigt. Die Wicklungsblöcke C 1 und C 2
die bezüglich des elektrischen Winkels in Phase sind,
sind in Reihe geschaltet, um die erste Ansteuerwicklung
25 zu bilden, und die Wicklungsblöcke C 3 und C 4, die
bezüglich des elektrischen Winkels in Phase sind, sind
in Reihe geschaltet, um die zweite Ansteuerwicklung 26
zu bilden. Die erste Ansteuerwicklung 25 und die zweite
Ansteuerwicklung 26 sind im elektrischen Winkel um ein
ungeradzahliges Vielfaches von 90° versetzt. Die Hall
effektelemente 29 und 30, die den Magnetfluß des Rotor
magneten 24 erfassen, liegen an der ersten und zweiten
Ansteuerwicklung 25 und 26 entsprechenden Stellen.
Wenn bei dem Motor der Fig. 10 bis 12 das Magnetfeld, das
z. B. in Fig. 1A durch die durchgehende Linie 1 gezeigt
ist, auf die erste Ansteuerwicklung 25 gegeben wird, wird
das Magnetfeld, das in Fig. 1B durch die durchgehende
Linie 2 gezeigt ist, auf die zweite Ansteuerwicklung 26
gegeben.
Der Lagemagnet 27 und der Magnetwiderstand 28 erzeugen An
steuerströme proportional sin²R und cos²R, die der ersten
und zweiten Ansteuerwicklung 25 und 26 zugeführt werden.
Der Magnetwiderstand 28 erzeugt bei diesem Beispiel ein
Ausgangssignal proportional dem Quadrat des Magnetflusses
B. Bei dem Beispiel der Fig. 11 ist der Lagemagnet 27,
der sich innerhalb des Rotormagneten 24 befindet, so
magnetisiert, daß er die gleiche Anzahl von Polen wie
der Rotormagnet 24 , d. h. acht Pole, hat, und sein
Magnetfluß verläuft sinusförmig. Da der Magnetwiderstand
28 so angeordnet ist, daß er den Magnetfluß des Lage
magneten 27 erfaßt, wird, wenn der Magnetfluß des Lage
magneten 27 durch B sinR ausgedrückt wird, das Ausgangs
signal des Magnetwiderstandes 28 proportional (B sin R)²,
während der Rotormagnet 24 gedreht wird. Das sin-²R pro
portionale Signal kann daher vom Magnetwiderstand 28
erzeugt werden.
Es ist auch erforderlich, ein cos²R proportionales Signal
zu erzeugen. Hierzu kann ein gesonderter Magnetwider
stand vorgesehen sein. Bei dem Beispiel wird jedoch die
Beziehung cos²R = 1 - sin²R zur Erzeugung des cos²R
proportionalen Signals auf der Grundlage des sin²R
proportionalen Ausgangssignals des Magnetwiderstandes 28
verwendet. Das sin²R proportionale Signal wird in der
Polarität umgekehrt, und sein Gleichspannungspegel wird
zur Erzeugung eines cos²R proportionalen Signals geändert.
Es wird nun ein Beispiel des Ansteuerkreises für den
bürstenlosen Gleichstrommotor anhand der Fig. 13 be
schrieben. Bei diesem Beispiel erhält der Magnetwider
stand 28 eine Gleichspannung von einer Gleichspannungs
quelle Eo, während der Magnetfluß B sinR dem Magnetwider
stand 28 vom Lagemagneten 27 zugeführt wird, so daß am
Ausgang des Magnetwiderstandes 28 ein Ausgangssignal Es
proportional B 2 sin²R erhalten wird. Das Ausgangssignal Es
wird einem Operationsverstärker 35 zur Verstärkung zuge
führt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 35
hat den in Fig. 14B gezeigten Verlauf, wenn der Rotor
magnet 24 trapezförmig wie in Fig. 14A magnetisiert ist.
Das Halleffektelement 29, das den Magnetfluß des Rotor
magneten 24 erfaßt, erzeugt ein Ausgangssignal mit dem
Verlauf in Fig. 14C. Das Ausgangssignal des Halleffekt
elements 29 wird über einen Verstärker 36 einem Schalter
37 zugeführt, der mit dem Ausgang des Operationsverstärkers
35 verbunden ist, um diesen zu schalten. Der Schalter 37
hat einen Arbeitskontakt 38 und zwei Festkontakte 39, 40,
um die Richtung des Ansteuerstroms zu schalten, der durch
die erste Ansteuerwicklung 25 fließt.
Wenn z. B. das Halleffektelement 29 den Nordpol des Rotor
magneten 24 erfaßt, wird der Schalter 37 vom Ausgangs
signal des Verstärkers 36 so geschaltet, daß sein Arbeits
kontakt 38 den Festkontakt 39 berührt, wie Fig. 13 zeigt.
Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 35 wird somit
über die Kontakte 38, 39 des Schalters 37 und die Verstär
ker 41 und 42 zu Transistoren 45 und 48 übertragen, um diese
zu öffnen. Es fließt damit ein Ansteuerstrom proportional
sin²R von einem Spannungsquellenanschluß Vcc über den Tran
sistor 45, die Ansteuerwicklung 25 und den Transistor 48
nach Masse.
Wenn der Rotormagnet 24 gedreht wird und das Halleffekt
element 29 den Südpol des Rotormagneten 24 erfaßt, wird
der Schalter 27 durch das Ausgangssignal des Verstärkers
36 so geschaltet, daß der Arbeitskontakt 38 den anderen
Festkontakt 40 berührt. Das Ausgangssignal des Operations
verstärkers 35 wird somit über die Kontakte 38, 40 und
die Verstärker 43 und 44 zu Transistoren 46 und 47 über
tragen, um diese zu öffnen. Damit fließt ein Ansteuer
strom proportional sin²R vom Spannungsquellenanschluß Vcc
über den Transistor 47, die Ansteuerwicklung 25 und den
Transistor 46 nach Masse. Die Richtung des Ansteuerstroms,
der durch die Ansteuerwicklung 25 fließt, unterscheidet
sich somit von dem vorherigen Fall. Der Ansteuerstrom
durch die Ansteuerwicklung 25 hat den Verlauf der Fig.
14 D.
Damit der cos²R proportionale Strom durch die zweite AN
steuerwicklung 26 fließt, wie Fig. 13 zeigt, wird das
Ausgangssignal Es des Magnetwiderstands 28 einem Opera
tionsverstärker 49 mit umgekehrter Polarität zugeführt.
Der Gleichspannungspegel des Ausgangssignals Es wird mit
der Gleichspannungsquelle 50 verschoben. Der Operations
verstärker 49 erzeugt damit ein cos²R proportionales
Ausgangssignal, das Fig. 14E zeigt und das einem Schal
ter 52 zugeführt wird, der einen Arbeitskontakt 53 und
zwei Festkontakte 54 und 55 hat. Das Ausgangssignal des
zweiten Halleffektelementes 30, das Fig. 14F zeigt, wird
einem Verstärker 51 zugeführt, dessen Ausgangssignal dem
Schalter 52 zugeführt wird, um diesen zu schalten. Wenn
das zweite Halleffektelement 30 den Nordpol des Rotor
magneten 24 erfaßt, berührt der Arbeitskontakt 53 des
Schalters 52 den einen Festkontakt 54, wie Fig. 13 zeigt.
Damit wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers
49 über die Kontakte 53, 54 und Verstärker 56 und 57
Transistoren 60 und 63 zugeführt, um diese zu öffnen.
Daher fließt ein Ansteuerstrom proportional cos²R von
einem Spannungsquellenanschluß Vcc über den Transistor 60,
die zweite Ansteuerwicklung 26 und den Transistor 63 nach
Masse.
Wenn das zweite Halleffektelement 30 den Südpol des Rotor
magneten 24 erfaßt, wird der Arbeitskontakt 53 des Schal
ters 52 auf den anderen Festkontakt 55 umgeschaltet, und
damit wird das Ausgangssignal des Operationsverstärkers
49 über die Kontakte 53, 55 und Verstärker 58, 59 Transi
storen 61 und 62 zugeführt, um diese zu öffnen. Es fließt
daher ein Ansteuerstrom proportional cos²R vom Spannungs
quellenanschluß Vcc über den Transistor 62, die zweite
Ansteuerwicklung 26 und den Transistor 61 nach Masse.
Der Ansteuerstrom durch die zweite Ansteuerwicklung 26
hat daher den Verlauf der Fig. 14G.
Um die Polarität des Rotormagneten 24 zu erfassen, können
Magnetwiderstände anstelle des ersten und zweiten Hall
effektelements 29 und 30 und auch Fotokoppler verwendet
werden. In letzterem Falle werden ein Reflektor und ein
nicht reflektierendes Element entsprechend der Polarität
des Rotormagneten 24 vorgesehen.
Zur Erzeugung der sin²R und cos²R proportionalen Ströme
kann auch die folgende Methode in Betracht gezogen werden:
Die Beziehungen cos²R = 1/2(cos²R + 1) und sin²R = 1/2(1 -
Cos²R) werden hierzu verwendet. Als Lagemagnet wird ein
Magnet verwendet, der zweimal so viel Pole wie der Feld
magnet hat und der sinusförmig magnetisiert ist. Ein
Halleffektelement wird z. B. verwendet, um das Magnetfeld
des Lagemagneten zu erfassen und an seinem Ausgang ein
cos²R proportionales Signal zu erzeugen. Der Gleichspan
nungspegel dieses Signals wird zur Erzeugung eines cos²R
proportionalen Signals verschoben. Das cos²R proportionale
Signal des Halleffektelements wird in der Polarität umge
kehrt und sein Gleichspannungspegel wird zur Erzeugung
eines sin²R proportionalen Signals verschoben. Da das Hall
effektelement einen großen dynamischen Bereich und eine
hohe Empfindlichkeit im Vergleich zu dem Magnetwiderstand
hat, ist die Anordnung des Halleffektelements leicht.
Claims (4)
1. Gleichstrommotor, enthaltend
- a) einen Feldmagneten und einen mit Wicklungen ver sehenen Anker, die als Stator und Rotor zusammen wirken,
- b) einen Lagesensor zur Erzeugung von sich mit der jeweiligen Relativlage von Rotor und Stator ändernden Lagesignalen,
- c) an den Lagesensor angeschlossene Verstärkerstufen zur Speisung der Ankerwicklungen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- d) der Feldmagnet (4; 24) ist bis zur Sättigung mag netisiert und erzeugt eine trapezförmige Magnet flußverteilung,
- e) mit dem Lagesensor (12, 13; 27,28) sind Schaltungs elemente (19, 20; 35, 49, 50) verbunden, die aufgrund der Lagesignale Steuersignale proportional sin²R und cos²R erzeugen, wobei R der Drehwinkel des Rotors ist,
- f) die Verstärkerstufen (17, 18; 41-44; 56-59) er zeugen entsprechend den Steuersignalen den Anker wicklungen (6, 7; 25, 26) zugeführte, in ihrer Richtung periodisch umgeschaltete Antriebsströme proportional sin²R und cos²R.
2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Lagesensor durch einen Lagemagne
ten (12; 27) mit sinusförmiger Magnetflußverteilung
sowie einen den Magnetfluß des Lagemagneten (12; 27)
erfassenden Magnetwiderstand (13; 28) gebildet wird,
wobei der Lagemagnet (12; 27) und der Magnetwider
stand (13; 28) relativ zueinander drehbar sind und
der Magnetwiderstand (13; 28) ein Lagesignal pro
portional sin²R abgibt.
3. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß zur Zuführung der Antriebsströme zu
den Ankerwicklungen (6, 7) je ein Kommutator (9 bzw.
11) mit Bürste (8 bzw. 10) vorgesehen ist.
4. Gleichstrommotor nach Anspruch 1 dadurch gekenn
zeichnet, daß zur Zuführung der Antriebsströme zu
den Ankerwicklungen (25, 26) durch einen zweiten La
gesensor (29, 30) gesteuerte Schalter (37, 52) vorge
sehen sind.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4645991A (en) * | 1981-03-22 | 1987-02-24 | Itsuki Ban | Apparatus for removing torque ripples in direct-current motors |
JPS58136995U (ja) * | 1982-03-09 | 1983-09-14 | パイオニア株式会社 | 2相ブラシレスモ−タ駆動回路 |
US4459087A (en) * | 1982-06-02 | 1984-07-10 | Aciers Et Outillage Peugeot | Fan unit for an internal combustion engine of automobile vehicle |
DE3404523A1 (de) * | 1984-02-09 | 1985-08-29 | Standard Elektrik Lorenz Ag, 7000 Stuttgart | Anordnung zur elektronischen kommutierung eines buerstenlosen gleichstrommotors |
DE3504681A1 (de) * | 1985-02-12 | 1986-09-04 | Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V., 5000 Köln | Antriebs- und positioniersystem |
US5123079A (en) * | 1986-03-10 | 1992-06-16 | Minolta Camera Kabushiki Kaisha | DC motor and controlling system therefor |
US4985669A (en) * | 1989-07-13 | 1991-01-15 | Tri-Tech Inc. | Motor feedback system |
US5013899A (en) * | 1989-07-28 | 1991-05-07 | Ncr Corporation | Scanning system having low quiescent current scanning mirror motor driver circuitry |
US4962734A (en) * | 1990-03-14 | 1990-10-16 | Paccar Inc. | Electrically driven, circumferentially supported fan |
FR2704369B1 (fr) * | 1993-04-20 | 1995-06-02 | Auxilec | Moteur autosynchrone à bague commutante. |
US6859001B2 (en) * | 2003-07-24 | 2005-02-22 | General Electric Company | Torque ripple and noise reduction by avoiding mechanical resonance for a brushless DC machine |
US20090200882A1 (en) * | 2008-02-12 | 2009-08-13 | Elberto Berdut-Teruel | Orbital hybrid magnetic electronic engine and generator |
US10277084B1 (en) | 2016-10-19 | 2019-04-30 | Waymo Llc | Planar rotary transformer |
US10530209B2 (en) * | 2016-10-28 | 2020-01-07 | Waymo Llc | Devices and methods for driving a rotary platform |
US10931175B2 (en) | 2018-10-31 | 2021-02-23 | Waymo Llc | Magnet ring with jittered poles |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3383574A (en) * | 1964-06-30 | 1968-05-14 | Gen Electric | Brushless direct current motor and torquer |
DE1488726B2 (de) * | 1965-11-12 | 1970-02-12 | Siemens AG, 1000 Berlin u. 8000 München | Drehzahlregeleinriehtung für einen Gleichstrommotor mit elektronischer Kommutierung |
DE1563399A1 (de) * | 1966-09-14 | 1970-07-09 | Siemens Ag | Kollektorloser Gleichstrommotor |
DE2329089C2 (de) * | 1973-06-07 | 1981-09-24 | Krupp-Koppers Gmbh, 4300 Essen | Vorrichtung zur Trocknung und Kalzinierung von Petrolkoks |
JPS575067B2 (de) * | 1973-07-13 | 1982-01-28 | ||
US4015181A (en) * | 1974-06-18 | 1977-03-29 | Canon Kabushiki Kaisha | DC motor |
JPS5118805A (de) * | 1974-08-08 | 1976-02-14 | Hitachi Ltd | |
US3959705A (en) * | 1974-12-27 | 1976-05-25 | Jalal Tawfiq Salihi | Direct current motors with improved commutation |
US4096419A (en) * | 1975-09-12 | 1978-06-20 | Plessey Handel Und Investments Ag. | Electric motors |
JPS52154002A (en) * | 1976-06-17 | 1977-12-21 | Sony Corp | Brushless dc motor |
JPS5424073A (en) * | 1977-07-25 | 1979-02-23 | Hitachi Ltd | Magnetism detecting apparatus |
FR2454722A1 (fr) * | 1979-04-18 | 1980-11-14 | Artus | Moteur a courant continu sans balais |
-
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-
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GB2049322B (en) | 1983-03-30 |
FR2453526A1 (fr) | 1980-10-31 |
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