DE3404523C2

DE3404523C2 -

Info

Publication number: DE3404523C2
Application number: DE3404523A
Authority: DE
Inventors: Franz 8300 Landshut De Bracha
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1984-02-09
Filing date: 1984-02-09
Publication date: 1988-01-28
Also published as: DE3404523A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektroni schen Kommutierung eines bürstenlosen Gleichstrommotors, der einen Ständer mit einer im Diagonalzweig einer aus vier Transistoren bestehenden Brückenschaltung angeord neten Ständerwicklung, einen wenigstens zweipolig mag netisierten permanentmagnetischen Läufer und als Läufer stellungssensor mindestens einen Hall-Effekt-Schalter besitzt.

Derartige Anordnungen sind bekannt (DE-PS 30 22 836). Diese bekannte Anordnung besitzt einen Wicklungsstrang, der im Diagonalzweig einer aus vier Schalttransistoren bestehenden Brückenschaltung angeordnet ist. Die Tran sistoren werden in der Weise leitend gesteuert, daß für eine Drehung des Läufes von 0 bis 180° der Wicklungs strang bzw. die Wicklungsstränge in der einen Richtung und für die Drehung von 180° bis 360° in der anderen Richtung vom Strom durchflossen wird bzw. werden. Diese bekannte Anordnung wird als bipolare Ansteuerung des Motors bezeichnet.

Bei dieser Anordnung ist es erforderlich, daß die Um schaltung von einem Wicklungsstrang auf den anderen bzw. die Umschaltung der Stromrichtung im Wicklungsstrang exakt in Abhängigkeit von der Läuferstellung erfolgt. Als Läuferstellungssensor wird bei den bekannten Anordnungen ein Hall-Effekt-Schalter verwendet, welcher ein Steuer signal liefert. Der Hall-Effekt-Schalter ist ein elek trisches Bauelement, welches aus einem Hallgenerator mit integriertem Verstärker für die vom Hallgenerator er zeugte Hallspannung besteht. Da für den Betrieb der be kannten Anordnungen mit gleichartigen Transistoren jedoch zwei komplementäre Steuersignale erforderlich sind, ist es bekannt, aus dem Ausgangssignal des Hall-Effekt-Schal ters in einer Invertstufe ein komplementäres Steuersig nal zu erzeugen.

Aus der GB-Patentanmeldung 20 49 322 ist eine elektroni sche Kommutierungsanordnung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor bekannt, bei welcher der Wicklungsstrang im Diagonalzweig einer aus vier Schalttransistoren glei chen Leitungstyps bestehenden Brückenschaltung angeord net ist.

Bei der bekannten Anordnung ist es erforderlich, daß im mer nur zwei Transistoren leitend gesteuert sind, während die beiden anderen Transistoren gesperrt sein müssen. Um das sicher zu gewährleisten, ist ein größerer schaltungs technischer Aufwand erforderlich, welcher verhindert, daß der Motor entweder wegen der Kosten und/oder wegen des er forderlichen größeren Platzbedarfs nicht verwendet werden kann.

Sollte es vorkommen, daß nicht ständig nur jeweils zwei Transistoren leitend geschaltet sind, sondern daß beim Um schalten von einer Stromrichtung in den Wicklungssträngen des Ständers auf die andere sämtliche Transistoren leitend gesteuert sind, dann würde die Spannungsquelle kurzgeschlos sen, welches in kürzester Zeit zur Zerstörung der Transis toren führen würde.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die be kannte Anordnung in der Weise zu verbessern, daß eine Vollbrückenschaltung mit möglichst geringem Aufwand ver wirklicht werden kann.

Außerdem soll eine Lösung dafür angegeben werden, daß bei einem elektronisch kommutierten Motor mit bipolarer An steuerung eine Leitendsteuerung aller Transistoren und da mit ein Kurzschluß der Spannungsquelle sicher vermieden wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Kom bination folgender Merkmale gelöst:

a) es sind zwei derart am Ständer angeordnete Hall-Effekt- Schalter vorgesehen, daß sie komplementäre Steuersi gnale liefern;
b) die Brückenschaltung besteht aus vier Transistoren gleichen Leitungstyps;
c) der eine Magnetpol am Umfang des Läufers weist eine geringfügig größere Länge als der andere Magnetpol auf.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung zur elektroni schen Kommutierung eines bürstenlosen Gleichstrom motors mit bipolarer Steuerung,

Fig. 2 den Querschnitt einer Ausführungsform des Stän ders mit einer Anordnungsmöglichkeit der Hall- Effekt-Schalter,

Fig. 3 eine andere Anordnungsmöglichkeit der Hall-Effekt- Schalter,

Fig. 4 eine weitere Anordnungsmöglichkeit der Hall-Effekt- Schalter und

Fig. 5 Ständer und Permanentmagnet des Läufers bei einer erfindungsgemäßen Anordnung.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung für die elektroni sche Kommutierung eines bürstenlosen Gleichstrommotors, dessen beide Wicklungsstränge bipolar gesteuert werden. Die Bestromung der Wicklungsstränge W 1 und W 2 wird mit vier npn-Leistungstransistoren geschaltet, die derart an geordnet sind, daß sie zusammen mit den Wicklungssträngen W 1 und W 2 eine Brückenschaltung bilden. Die Hall-Efekt- Schalter HS 1 und HS 2 erzeugen in Abhängigkeit von der Läu ferstellung zwei zueinander komplementäre Steuersignale, welche die Transistoren T 1 bis T 4 in der Weise steuern, daß stets zwei Transistoren (z. B. T 1 und T 2) leitend und zwei Transistoren (z. B. T 3 und T 4) gesperrt gesteuert sind. Es sind stets die Transistoren leitend gesteuert, an denen eine positive Basisspannung anliegt. Von den vier npn-Transistoren T 1 bis T 4 werden die Transistoren T 1 und T 4 in Kollektorschaltung und die Transistoren T 2 und T 3 in Emitterschaltung betrieben. Daher sind die Basisanschlüs se der Transistoren unterschiedlich beschaltet. Der Basis von T 1 und T 4 wird die Steuerspannung der Hall-Effekt-Schal ter HS 1 und HS 2 direkt zugeführt, während der Basis von T 2 und T 3 der Widerstand R 4 bzw. R 5 vorgeschaltet ist.

Ein Anschluß der Hall-Effekt-Schalter HS 1 und HS 2, sowie die Basiswiderstände R 2 und R 3 liegen am positiven Potential der stabilisierten Spannung, deren Höhe von der Zenerdiode ZD und dem Widerstand R 1 bestimmt wird. Der Elektrolytkondensator C dient als Speicherkondensator; er wird von den beim Kommutieren entstehenden Stromimpulsen geladen und verhindert Funkstörungen. Die Diode D dient als Schutzdiode, damit bei einem versehentlichen Vertau schen der Anschlüsse keine Beschädigung der Bauelemente eintritt.

Im Gegensatz zu bekannten Schaltungsanordnungen gestattet die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 den Betrieb eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors für höhere Leistung mit sehr geringem Aufwand an Bauelementen und kleinsten Raumbedarf für die Elektronik.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsbei spiele für die Anordnung der Hall-Effekt-Schalter am Stän der des bürstenlosen Motors. Der aus den Fig. 2 und 3 erkennbare Ständer besitzt das Jochpaket 1 und die Polpa kete 2. An der Grenze zwischen den Polpaketen 2 und dem Jochpaket 1 sind die Wicklungsstränge W 1 und W 2 angeord net.

Bei dem aus Fig. 2 ersichtlichen Ausführungsbeispiel sind die Hall-Effekt-Schalter HS 1 und HS 2 diametral gegenüber in den Pollücken zwischen den Polpaketen 2 in der Weise angeordnet (flache Seite der Hall-Effekt-Schalter dem permanentmagnetischen Läufer zugewandt), daß jeweils ein am Hall-Effekt-Schalter vorbeibewegter magnetischer Süd pol ein Steuersignal erzeugt.

Bei der Ausführungform gemäß Fig. 3 sind die beiden Hall elemente HS 1 und HS 2 in der gleichen Pollücke nebeneinan der angeordnet, und zwar der Hall-Effekt-Schalter HS 1 so, daß ein vorbeibewegter magnetischer Nordpol ein Steuersig nal erzeugt (runde Seite des Hallelements dem Läufer zuge wandt) und der Hall-Effekt-Schalter HS 2 so, daß ein vorbei bewegter magnetischer Südpol ein Steuersignal erzeugt (flache Seite des Hall-Effekt-Schalters dem Läufer zugewandt).

Wie Fig. 4 verdeutlicht, können die Hall-Effekt-Schalter HS 1 und HS 2 in der Pollücke auch hintereinander angeord net sein. Fig. 4 entspricht dabei einer Draufsicht auf den Ständer gemäß Fig. 3 in Richtung des Pfeiles A.

Anhand der Fig. 5 ist eine Lösung für folgendes technisches Problem erläutert:
Bei den bekannten elektronisch kommutierten Gleichstrom motoren, beispielsweise einem Außenläufermotor mit per manentmagnetischem Läufer, besitzen die beiden Magnetpole genau die gleiche Länge. Beim Betrieb eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors mit einer Steuerschaltung gemäß Fig. 1 kann es daher vorkommen, daß ein Transistor paar, beispielsweise T 1 und T 2 noch nicht gesperrt ist, wenn das andere Transistorpaar (T 3 und T 4) bereits leitend gesteuert ist. Es können somit - wenn auch nur kurzzeitig - sämtliche Transistoren leitend gesteuert sein. Dadurch wird aber die Spannungsquelle kurzgeschlossen und in den Transistoren fließen hohe Ströme, welche die Transistoren zerstören können.

Es ist daher Sorge dafür zu tragen, daß das eine Tran sistorpaar erst dann leitend gesteuert wird, wenn das an dere gesperrt ist. Dieser Vorgang wird als Verriegelung be zeichnet.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 wird diese Verrie gelung dadurch erzielt, daß der eine Magnetpol am Umfang des Läufers eine geringfügig größere Länge als der andere Magnetpol aufweist.

Fig. 5 zeigt von einem elektronisch kommutierten Außen läufer-Gleichstrommotor außer dem Ständer mit den Wick lungssträngen W 1 und W 2 und den Hall-Effekt-Schalter HS 1 und HS 2 auch den zweipoligen Permanentmagneten 3 des Au ßenläufers. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Nordpol des Permanentmagneten 3 länger als sein Südpol. Die Hall-Effekt-Schalter HS 1 und HS 2 sind derart am Ständer angeordnet, daß sie bei einem Nordpol in der Nähe kein Steuersignal und bei einem Südpol in der Nähe ein Steuersignal liefern.

Bei der aus Fig. 5 ersichtlichen Stellung des Läufers 3 liefern die Hall-Effekt-Schalter HS 1 und HS 2 kein Steuer signal. Das bedeutet, daß bei einer Kommutierungsschaltung gemäß Fig. 1 alle Transistoren T 1 bis T 4 gesperrt sind. Wenn sich der Läufer 3 im Uhrzeigersinn weiterbewegt, dann gelangt HS 1 in den Einfluß des Südpols. HS 1 liefert ein Steuersignal; die Transistoren T 1 und T 2 werden leitend. Die Transistoren T 3 und T 4 bleiben gesperrt. Wenn der Läufer weiterläuft und nahezu eine halbe Umdrehung aus geführt hat, dann gelangt HS 1 in den Einfluß des Nordpols bevor HS 2 in den Einfluß des Südpols gelangt. Dadurch wer den die Transistoren T 1 und T 2 gesperrt, bevor die Transis toren T 3 und T 4 leitend werden. Auf diese Weise wird eine einfache Verriegelung erreicht.

Claims

Anordnung zur elektronischen Kommutierung eines bürsten losen Gleichstrommotors, der einen Ständer mit einer im Diagonalzweig einer aus vier Transistoren bestehenden Brückenschaltung angeordneten Ständerwicklung, einen we nigstens zweipolig magnetisierten permanentmagnetischen Läufer und als Läuferstellungssensor mindestens einen Hall-Effekt-Schalter besitzt, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
- a) es sind zwei derart am Ständer angeordnete Hall-Effekt- Schalter (HS 1, HS 2) vorgesehen, daß sie komplementäre Steuersignale liefern;
- b) die Brückenschaltung besteht aus vier Transistoren (T 1-T 4) gleichen Leitungstyps;
- c) der eine Magnetpol (z. B. N) am Umfang des Läufers weist eine geringfügig größere Länge als der andere Magnetpol (z. B. S) auf.