DE4222949B4

DE4222949B4 - Collectorless DC motor

Info

Publication number: DE4222949B4
Application number: DE4222949A
Authority: DE
Inventors: Randolf Dipl.-Ing. Rolff
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1992-07-11
Filing date: 1992-07-11
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2012-07-12
Also published as: DE4222949A1; WO1994001925A1

Abstract

Kollektorloser Gleichstrommotor mit einem Stator (10), der mindestens eine Statorspule (L1–L4) zur Erzeugung eines Drehfeldes aufweist, einem einen Permanentmagneten aufweisenden Rotor (11) und einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Kommutierung des Drehfeldes in Abhängigkeit von der Spannung an mindestens einer Statorspule (L1), wobei die Steuereinrichtung eine Impulsgeberschaltung (13) enthält, die aus der Spannung mindestens einer Statorspule (L1) ein Impulssignal (U4) erzeugt, dessen Frequenz von der Rotorfrequenz abhängig ist, wobei das Impulssignal (U4) eine PLL-Schaltung (17) triggert, welche ein Ausgangssignal (U5) liefert, dessen Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Rotorfrequenz darstellt und mindestens so groß ist wie die Kommutierungsfrequenz, und wobei aus dem Ausgangssignal (5) der PLL-Schaltung Kommutierungssignale (U10–U13) gewonnen werden, die feste Phasenlagen in bezug auf die Rotordrehung haben, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsgeberschaltung (13) das Impulssignal (14) aus der Spannung einer einzelnen Statorspule (21) erzeugt.brushless DC motor with a stator (10), the at least one stator coil (L1-L4) to Generation of a rotating field, a permanent magnet having rotor (11) and a control device for control the commutation of the rotating field in dependence on the voltage at least one stator coil (L1), wherein the control means a Pulse generator circuit (13) contains, that from the voltage of at least one stator coil (L1) a pulse signal (U4) generated, whose frequency depends on the rotor frequency, wherein the pulse signal (U4) triggers a PLL circuit (17) which provides an output signal (U5) whose frequency is an integer Multiple of the rotor frequency represents and is at least as large as the commutation frequency, and wherein from the output signal (5) of the PLL circuit commutation signals (U10-U13) are obtained, the have fixed phase positions with respect to the rotor rotation, characterized in that the pulse generator circuit (13) outputs the pulse signal (14) from the voltage a single stator coil (21) generated.

Description

Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstrommotor, und insbesondere einen Motor, bei dem die Kommutierung ohne Sensoren, die auf das Magnetfeld reagieren, erfolgt ( US 4 912 378 A )The invention relates to a brushless DC motor, and more particularly to a motor in which commutation occurs without sensors responsive to the magnetic field ( US 4,912,378 A. )

Kollektorlose Gleichstrommotore werden insbesondere für hohe Drehzahlen benutzt. Üblicherweise haben die Motore zwei Hall-Sensoren, die unter 90° zueinander in bezug auf die Rotorachse angeordnet sind und die Winkellage des drehenden Magnetfeldes ermitteln, um in Abhängigkeit davon Kommutierungsschalter für die Statorspulen zu steuern. Solche Hall-Sensoren stellen zusätzliche Bauteile dar, die wärmeempfindlich sowie radioaktivempfindlich sind und auch durch Vibrationen beschädigt werden können.brushless DC motors are used especially for high speeds. Usually The motors have two Hall sensors, which are at 90 ° to each other are arranged with respect to the rotor axis and the angular position of the to determine the rotating magnetic field, depending on the commutation switch for the Control stator coils. Such Hall sensors provide additional Components that are sensitive to heat as well as being sensitive to radioactivity and also being damaged by vibrations can.

Aus DE 32 09 392 A1 ist ein kollektorloser Gleichstrommotor bekannt, der ohne Magnetfeldsensoren auskommt. Die Spannungen an drei Statorspulen werden gemessen und untereinander in einem Mikroprozessor nach komplizierten Kriterien verknüpft und verarbeitet, um Kommutierungssignale zu erzeugen. Die vom Mikroprozessor durchzuführenden Berechnungen belasten den Mikroprozessor insbesondere bei hohen Drehzahlen. Sie erfordern einen hohen Anteil der Zeit des Mikroprozessors, so daß dieser für andere Aufgaben weniger verfügbar ist.Out DE 32 09 392 A1 a brushless DC motor is known which manages without magnetic field sensors. The voltages on three stator coils are measured and combined with each other in a microprocessor according to complicated criteria and processed to produce commutation signals. The calculations to be performed by the microprocessor load the microprocessor especially at high speeds. They require a high proportion of the time of the microprocessor, so that it is less available for other tasks.

US 4,912,378 beschreibt einen kollektorlosen Gleichstrommotor, bei dem zur Erzeugung von Kommutierungssignalen die elektromotorischen Kräfte bzw. Spannungen an sämtlichen Statorspulen gemessen werden und dann derart aufsummiert werden, dass lediglich die dritte Harmonische übrig bleibt, welche eine PLL-Schaltung ansteuert, die an ihrem Ausgang eine Impulsfolge erzeugt, deren Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz des Referenzsignals ist. Aus dieser Impulsfrequenz werden mit Hilfe eines Teilers die Kommutierungssignale erzeugt. Das Abgreifen sämtlicher Statorspannungen bedingt einen komplizierten Aufbau der Vorrichtung. US 4,912,378 describes a brushless DC motor, in which the electromotive forces or voltages are measured on all stator coils for generating commutation signals and then summed so that only the third harmonic remains, which drives a PLL circuit which generates a pulse train at its output whose frequency is an integer multiple of the frequency of the reference signal. From this pulse frequency, the commutation signals are generated by means of a divider. The tapping of all stator voltages causes a complicated structure of the device.

JP 06-82087 A, Patent Abstracts of Japan beschreibt einen Positionsdetektor, bei dem anstelle von Spannungen die durch die Statorspulen fließenden Ströme gemessen werden. Auch hier ist es notwendig die Ströme sämtlicher Statorspulen zu messen.JP 06-82087 A, Patent Abstracts of Japan describes a position detector, in which, instead of voltages, the currents flowing through the stator coils are measured become. Again, it is necessary to measure the currents of all stator coils.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kollektorlosen Gleichstrommotor zu schaffen, der eine relativ einfache Steuereinrichtung aufweist und keine komplexe Signalverarbeitung erfordert.Of the Invention is based on the object, a brushless DC motor to provide, which has a relatively simple control device and does not require complex signal processing.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.The solution This object is achieved according to the invention with the in claim 1 specified characteristics.

Bei dem erfindungsgemäßen kollektorlosen Gleichstrommotor wird ein Impulssignal, das von einer einzigen Statorspule abgeleitet ist, als Referenzsignal für eine PLL-Schaltung benutzt, deren Ausgangssignal eine Frequenz hat, die ein Vielfaches der Rotorfrequenz darstellt. Die PLL-Schaltung erzeugt an ihrem Ausgang eine Impulsfolge, die höherfrequent ist als das von der Rotorfrequenz abhängige Impulssignal und zu diesem Impulssignal eine feste Phasenlage hat. Dies bedeutet beispielsweise, daß die Anstiegsflanke jedes n-ten Impulses des Ausgangssignals in Phase ist mit der Anfangsflanke des von der Rotorfrequenz abhängigen Impulssignals. Die PLL-Schaltung (Phase Lock Loop) ist eine rückgekoppelte Impulsschaltung, die einen Phasenkomparator und einen spannungsgesteuerten Oszillator enthält, wobei der von dem Phasenkomparator gesteuerte Oszillator das Ausgangssignal liefert und durch die Rückkopplung bewirkt wird, daß dieses Ausgangssignal phasengleich mit dem Referenz-Eingangssignal des Phasenkomparators ist. Nach der Erfindung enthält die Rückkopplungsschleife der PLL-Schaltung einen Frequenzteiler, so dass nicht das Ausgangssignal des Oszillators unmittelbar rückgekoppelt wird, sondern ein Signal mit einer geteilten, niedrigeren Frequenz. Dadurch, daß in der PLL-Schaltung die Phasenlage des Rückkopplungssignals auf diejenige des von einer der Statorspulen abgeleiteten Referenzsignals abgestimmt wird, erzeugt die PLL-Schaltung ein Ausgangssignal, dessen Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Frequenz des Referenzsignals ist. Die Impulse dieses Ausgangssignals haben gleiche Abstände und sie werden zur Erzeugung der Kommutierungssignale für die umfangsmäßig verteilt angeordneten Statorspulen benutzt. Auf diese Weise werden die Kommutierungssignale in Abhängigkeit von der Rotorfrequenz erzeugt, wobei das Referenzsignal nur von einer einzigen Statorspule abgeleitet wird.at the brushless DC motor according to the invention becomes a pulse signal derived from a single stator coil is, as a reference signal for uses a PLL circuit whose output signal has a frequency, which represents a multiple of the rotor frequency. The PLL circuit generates at its output a pulse train which is higher frequency than that of the rotor frequency dependent pulse signal and has a fixed phase relation to this pulse signal. this means for example, that the Rising edge of every nth pulse of the output signal in phase is at the beginning edge of the rotor frequency dependent pulse signal. The PLL circuit (Phase Lock Loop) is a feedback pulse circuit, which includes a phase comparator and a voltage controlled oscillator, wherein the controlled by the phase comparator oscillator the output signal supplies and through the feedback causes this output signal in phase with the reference input signal of the phase comparator is. Contains according to the invention the feedback loop the PLL circuit has a frequency divider, so not the output signal the oscillator immediately fed back but a signal with a split, lower frequency. Because of that the PLL circuit, the phase angle of the feedback signal to that of the derived from one of the stator coil reference signal tuned , the PLL circuit generates an output signal whose frequency is an integer multiple of the frequency of the reference signal. The pulses of this output signal have equal distances and they are distributed circumferentially to produce the commutation signals for the ones arranged stator coils used. In this way, the commutation signals dependent on generated by the rotor frequency, the reference signal only from a single stator coil is derived.

Die Steuereinrichtung ist mit wenigen kommerziell verfügbaren Bauelementen zu realisieren. Sie arbeitet auch bei hohen Motordrehzahlen zuverlässig und paßt die Kommutierungsfrequenz exakt an die jeweilige Rotorfrequenz an, so daß jede der Statorspulen immer genau phasenrichtig mit Strom beaufschlagt wird, um die existierende Drehzahl aufrechtzuerhalten.The Control device is available with a few commercially available components to realize. It works reliably even at high engine speeds fits the Commutation frequency exactly to the respective rotor frequency, so that each the stator coils always exactly in phase energized is to maintain the existing speed.

Der erfindungsgemäße Gleichstrommotor eignet sich für hohe Drehzahlen, von z. B. 860 U/sec, wobei zu berücksichtigen ist, daß die Kommutierungsfrequenz ein Vielfaches der Umdrehungsfrequenz ist.Of the DC motor according to the invention is suitable for high speeds, from z. B. 860 U / sec, taking into account is that the Commutation frequency is a multiple of the revolution frequency.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat das der PLL-Schaltung zugeführte Referenzsignal die Frequenz des Rotors und das Ausgangssignal der PLL-Schaltung hat die Kommutierungsfrequenz, d.h. die Rotorfrequenz multipliziert mit der Anzahl der Statorspulen. Es ist aber auch möglich, das Referenzsignal z.B. mit der doppelten Rotorfrequenz zu erzeugen.at a preferred embodiment According to the invention, the reference signal supplied to the PLL circuit has the frequency of the rotor and the output of the PLL circuit has the commutation frequency, i.e. the rotor frequency multiplied by the number of stator coils. But it is also possible the reference signal e.g. to produce with twice the rotor frequency.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.in the The following will be an embodiment with reference to the drawings closer to the invention explained.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein Blockschaltbild des kollektorlosen Gleichstrommotors und 1 a block diagram of the brushless DC motor and

2 Spannungsverläufe, die an den in 1 bezeichneten Stellen auftreten. 2 Voltage curves connected to the in 1 designated bodies occur.

Gemäß 1 weist der kollektorlose Gleichstrommotor einen Rotor 11 mit einem Magneten auf, dessen Nordpol mit N und dessen Südpol mit S bezeichnet ist. Der Stator 10 enthält bei diesem Ausführungsbeispiel vier Statorspulen L1, L2, L3, L4, von denen jede sich über etwa 180° erstreckt. Die Statorspulen L1 und L3 bilden gemeinsam einen Ring und die Statorspulen L2 und L4 bilden gemeinsam einen Ring, der zu dem Ring der Statorspulen L1, L3 um 90° versetzt angeordnet ist. Alle Statorspulen L1 bis L4 sind mit einem Ende an den Pluspol einer Gleichspannungsquelle 12 angeschlossen, während das andere Ende mit einem der Kommutierungsschalter S1, S2, S3, S4 verbunden ist. Die Kommutierungsschalter schalten das jeweilige Spulenende an den Minuspol der Gleichspannungsquelle 12 an, wenn sie an ihrem Steuereingang ein entsprechendes Signal empfangen.According to 1 the brushless DC motor has a rotor 11 with a magnet whose north pole is denoted by N and its south pole by S. The stator 10 In this embodiment, there are four stator coils L1, L2, L3, L4, each extending over about 180 °. The stator coils L1 and L3 together form a ring and the stator coils L2 and L4 together form a ring which is arranged offset by 90 ° to the ring of the stator coils L1, L3. All stator coils L1 to L4 are connected at one end to the positive pole of a DC voltage source 12 while the other end is connected to one of the commutation switches S1, S2, S3, S4. The commutation switches switch the respective coil end to the negative pole of the DC voltage source 12 if they receive a corresponding signal at their control input.

Das mit dem Kommutierungsschalter S1 verbundene Ende der Statorspule L1 ist an eine Impulsgeberschaltung 13 angeschlossen, die über eine Ausgangsleitung 16 ein Impulssignal an die PLL-Schaltung 17 liefert.The end of the stator coil L1 connected to the commutation switch S1 is connected to a pulser circuit 13 connected via an output line 16 a pulse signal to the PLL circuit 17 supplies.

Die Impulsgeberschaltung 13 enthält einen Übertrager TR, dessen Primärwicklung zwischen die Statorspule L1 und dem Pluspol der Gleichspannungsquelle 12 geschaltet ist. Die Spannung an der Primärwicklung ist mit U1 bezeichnet. Die Senkundärwicklung des Übertragers TR ist an einem Ende mit Masse und am anderen Ende mit dem Eingang eines Integrators 14 verbunden. Die Eingangsspannung des Integrators ist mit U2 bezeichnet. Die Ausgangsspannung U3 des Integrators 14 wird einem Komparator 15 zugeführt, der das von der Rotorfrequenz abhängige Impulssignal U4 über die Leitung 16 zur PLL-Schaltung 17 abgibt.The pulser circuit 13 includes a transformer TR whose primary winding between the stator coil L1 and the positive pole of the DC voltage source 12 is switched. The voltage at the primary winding is designated U1. The Senkundärwicklung of the transformer TR is at one end to ground and at the other end to the input of an integrator 14 connected. The input voltage of the integrator is designated U2. The output voltage U3 of the integrator 14 becomes a comparator 15 supplied, which is dependent on the rotor frequency pulse signal U4 via the line 16 to the PLL circuit 17 emits.

In 2 sind unter anderem die Spannungsverläufe U1 bis U4 dargestellt. Die Spannung U1 an der Statorspule L1 hat einen trapezförmigen Verlauf. Eine Umdrehungsperiode ist in gleiche Intervalle t1 bis t4 unterteilt. Im ersten Intervall t1 ist U1 gleich Null. Im zweiten Intervall t2 steigt U1 linear an, im dritten Intervall t3 behält U1 seinen Maximalwert bei und im vierten Intervall t4 fällt U1 linear ab. Aufgrund der Kommutierung entsteht zwischen den Intervallen t1 und t2 kurzzeitig eine positive Spannungsspitze 20 und zwischen den Intervallen t3 und t4 eine kurze negative Spannungsspitze 21.In 2 Among other things, the voltage curves U1 to U4 are shown. The voltage U1 at the stator coil L1 has a trapezoidal shape. One revolution period is divided into equal intervals t1 to t4. In the first interval t1 U1 is equal to zero. In the second interval t2, U1 increases linearly, in the third interval t3 U1 maintains its maximum value and in the fourth interval t4 U1 drops linearly. Due to the commutation, a positive voltage spike occurs for a short time between the intervals t1 and t2 20 and between the intervals t3 and t4 a short negative voltage spike 21 ,

Der Übertrager TR entfernt die Gleichanteile (z.B. Spannungsschwankungen der Spannungsquelle 12) aus der Spannung U1, so daß die Spannung U2 gegenüber Masse den Gleichanteil Null hat. Anstelle des Übertragers TR kann auch eine andere Schaltung verwendet werden, mit der der Gleichanteil der Spannung U1 eliminiert werden kann, z.B. ein Differenzverstärker. Die Spannung U2 wird vom Integrator 14 integriert, wodurch die Spannung U3 entsteht. Anstelle des Integrators 14 kann auch ein anderes Tiefpaßfilter verwendet werden, jedoch hat der Integrator den Vorteil, daß die Amplitude der Spannung U3 nahezu unabhängig von der jeweiligen Rotorfrequenz stets konstant ist. Bei hohen Rotorfrequenzen entsteht eine entsprechend hohe Induktionsspannung, jedoch wird gleichzeitig die Integrationsperiode kleiner.The transformer TR removes the DC components (eg voltage fluctuations of the voltage source 12 ) From the voltage U1, so that the voltage U2 to ground has the DC component zero. Instead of the transformer TR, another circuit can be used with which the DC component of the voltage U1 can be eliminated, for example, a differential amplifier. The voltage U2 is from the integrator 14 integrated, creating the voltage U3. Instead of the integrator 14 If another low-pass filter can be used, however, the integrator has the advantage that the amplitude of the voltage U3 is always constant almost independently of the respective rotor frequency. At high rotor frequencies results in a correspondingly high induction voltage, but at the same time the integration period is smaller.

Die Spannung U3 wird dem Eingang des Komparators 15 zugeführt, der einen Nulldurchgangsdetektor darstellt. Bei jedem Nulldurchgang der Spannung U3 von Plus nach Minus entsteht eine positive Flanke 22 des Impulssignals U4. Bei jedem Nulldurchgang der Spannung U3 von Minus nach Plus entsteht eine Rückflanke 23 des Impulssignals U4, die wegen der Schalthysterese des Komparators 15 geringfügig verzögert ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden nur die positiven vorderen Impulsflanken 22 ausgewertet. Diese Impulsflanken 22 werden im Periodenabstand der Spannung U1 erzeugt. Das Impulssignal U4 ist ein Recktecksignal, bei dem die positiven Flanken 22 eine definierte Phase zur Rotorlage haben. Aus diesem Signal werden die vier Schaltpunkte der Kommutierungsschalter S1 bis S4 gebildet.The voltage U3 becomes the input of the comparator 15 supplied, which represents a zero-crossing detector. At each zero crossing of the voltage U3 from plus to minus, a positive edge is created 22 the pulse signal U4. At each zero crossing of the voltage U3 from minus to plus creates a trailing edge 23 of the pulse signal U4, because of the switching hysteresis of the comparator 15 is slightly delayed. In the present embodiment, only the positive leading pulse edges become 22 evaluated. These pulse edges 22 are generated in the period interval of the voltage U1. The pulse signal U4 is a square wave signal in which the positive edges 22 have a defined phase to the rotor position. From this signal, the four switching points of the commutation switches S1 to S4 are formed.

Die PLL-Schaltung 17 ist ein Regelkreis, der das Impulssignal U4 an Leitung 16 als Führungsgröße empfängt und daraus die positiven Flanken 22 auswertet. Die PLL-Schaltung enthält einen Phasenkomparator 25, dessen A-Eingang das Impulssignal U4 empfängt und dessen B-Eingang an eine Rückkopplungsleitung 26 angeschlossen ist, an der die Spannung U7 entsteht. Am Ausgang des Phasenkomparators 25 entstehen Impulse, deren Amplitude oder Dauer proportional zur Phasenverschiebung der Impulse an den Eingängen A und B ist. Diese Ausgangsspannung wird einem PI-Regler 27 zugeführt, der aus der Reihenschaltung der Widerstände 28, 29 und des Kondensators 30 besteht. Der PI-Regler liefert das Eingangssignal für den Spannungseingang IN des spannungsgesteuerten Oszillators VCO (Voltage Controled Oscillator) 31. Der spannungsgesteuerte Oszillator VCO liefert an seinem Ausgang f ein Rechtecksignal U5, dessen Frequenz von der Spannung am Eingang IN abhängt. Das Signal U5 ist das Ausgangssignal der PLL-Schaltung 17.The PLL circuit 17 is a control loop, the pulse signal U4 on line 16 as a reference variable and from this the positive flanks 22 evaluates. The PLL circuit includes a phase comparator 25 whose A input receives the pulse signal U4 and its B input to a feedback line 26 is connected, at which the voltage U7 arises. At the output of the phase comparator 25 arise impulses whose amplitude or duration proportional to the phase shift of the pulses at inputs A and B. This output voltage becomes a PI controller 27 fed from the series circuit of the resistors 28 . 29 and the capacitor 30 consists. The PI controller supplies the input signal for the voltage input IN of the voltage controlled oscillator VCO (Voltage Controlled Oscillator) 31 , The voltage controlled oscillator VCO supplies at its output f a square wave signal U5 whose frequency depends on the voltage at the input IN. The signal U5 is the output signal of the PLL circuit 17 ,

Die PLL-Schaltung 17 enthält ferner einen Frequenzteiler 33, dem das Ausgangssignal U5 zugeführt wird. Der Frequenzteiler 33 reagiert auf die negativen Flanken des Ausgangssignals U5 und erzeugt im Ausgang der ersten Teilerstufe ein Signal U6 und am Ausgang der zweiten Teilerstufe ein Signal U7, das der Rückkopplungsleitung 26 zugeführt wird. Das Signal U6 wird mit der halben Frequenz des Signals U5 und phasengleich mit diesem erzeugt. Das Signal U7 wird mit einer Frequenz erzeugt, die einem Viertel der Frequenz des Ausgangssignals U5 entspricht. Im Phasenkomparator 25 wird das Signal U7 mit dem Signal U4 verglichen. Die PLL-Schaltung 17 regelt die Phase und Frequenz des Signals U7 so, daß dieses Signal phasengleich mit dem Impulssignal U4 erzeugt wird. Auf diese Weise wird das Ausgangssignal U5 der PLL-Schaltung 17 phasengleich mit dem Impulssignal U4 an Leitung 16 erzeugt, jedoch mit der vierfachen Frequenz.The PLL circuit 17 also includes a frequency divider 33 to which the output signal U5 is supplied. The frequency divider 33 responds to the negative edges of the output signal U5 and generates in the output of the first divider stage a signal U6 and at the output of the second divider stage a signal U7, that of the feedback line 26 is supplied. The signal U6 is generated at half the frequency of the signal U5 and in phase therewith. The signal U7 is generated at a frequency which corresponds to a quarter of the frequency of the output signal U5. In the phase comparator 25 the signal U7 is compared with the signal U4. The PLL circuit 17 controls the phase and frequency of the signal U7 so that this signal is generated in phase with the pulse signal U4. In this way, the output signal U5 of the PLL circuit 17 in phase with the pulse signal U4 on line 16 generated, but with four times the frequency.

Das Ausgangssignal U5 der PLL-Schaltung 17 wird einem Zähler 35 zugeführt, der auf die positiven Flanken dieses Ausgangssignals reagiert. Der Zähler 35 ist ein modulo-vier-Zähler, dessen Kapazität der Anzahl der Statorspulen entspricht. Der Zähler 35 hat demnach zwei Zählerstufen, an deren Ausgängen die Signale US und U9 entstehen, wobei das Signal U9 die halbe Frequenz des Signals U8 hat. Diese Spannungen U8 und U9 werden einem Dekodieren 36 zugeführt, der vier Ausgangsleitungen hat, an denen die Signale U10, U11, U12 und U13 entstehen. Das Signal U10 steuert den Kommutierungsschalter S1, das Signal U11 den Kommutierungsschalter S2, das Signal U12 den Kommutierungsschalter S3 und das Signal U13 den Kommutierungsschalter S4. Wie 2 zeigt, wird das Signal U10 in dem Intervall t1, das Signal U11 in dem Intervall t2, das Signal U12 in dem Intervall t3 und das Signal U13 in dem Intervall t4 erzeugt. Auf diese Weise erhält jede der Statorspulen 1 bis 4 jeweils in demjenigen Intervall einen Impuls, in dem ihre Spannung normalerweise Null wäre. Durch diesen Impuls werden die ohmschen Verluste ausgeglichen und die Statorspulen werden phasenrichtig angestoßen.The output signal U5 of the PLL circuit 17 becomes a counter 35 fed, which responds to the positive edges of this output signal. The counter 35 is a modulo-four counter whose capacity is equal to the number of stator coils. The counter 35 Accordingly, it has two counter stages, at whose outputs the signals US and U9 arise, the signal U9 has half the frequency of the signal U8. These voltages U8 and U9 become a decode 36 supplied, which has four output lines at which the signals U10, U11, U12 and U13 arise. The signal U10 controls the commutation switch S1, the signal U11 the commutation switch S2, the signal U12 the commutation switch S3 and the signal U13 the commutation switch S4. As 2 shows, the signal U10 is generated in the interval t1, the signal U11 in the interval t2, the signal U12 in the interval t3 and the signal U13 in the interval t4. In this way, each of the stator coils receives 1 to 4 in each interval a pulse in which their voltage would normally be zero. This pulse compensates for the ohmic losses and triggers the stator coils in the correct phase.

Der Zähler 35 weist einen Rücksetzeingang auf, der mit dem Ausgang eines NOR-Tores 37 verbunden ist. Das NOR-Tor 37 empfängt an einem invertierten Eingang das Ausgangssignal U5 und an weiteren Eingängen die Signale U6 und U7. Es erzeugt ein Signal U14 mit einem Rücksetzimpuls 38, wenn die Signale U6 und U7 Null sind und wenn das Ausgangssignal U5 "1" ist. Dies ist am Anfang des vierten Intervalls t4 der Fall. Damit wird der Zählerstand des Zählers 35 immer eindeutig zur Rotorstellung synchronisiert.The counter 35 has a reset input connected to the output of a NOR gate 37 connected is. The NOR gate 37 receives the output signal U5 at an inverted input and the signals U6 and U7 at other inputs. It generates a signal U14 with a reset pulse 38 when the signals U6 and U7 are zero and when the output signal U5 is "1". This is the case at the beginning of the fourth interval t4. This will be the count of the counter 35 always synchronized clearly to the rotor position.

Aus 2 ist zu ersehen, daß die Kommutierungssignale U10 bis U13 nacheinander in den Intervallen t1 bis t4 erzeugt werden. Jedes der Kommutierungssignale hat eine Dauer, die einem Viertel der Periodendauer einer Umdrehung des Rotors entspricht.Out 2 It can be seen that the commutation signals U10 to U13 are generated successively in the intervals t1 to t4. Each of the commutation signals has a duration which corresponds to a quarter of the period of one revolution of the rotor.

Da die Statorspule L1 eine Spannung U1 erst induziert, wenn der Rotor 11 dreht, arbeitet die Schaltung erst ab einer Mindestdrehzahl. Die Beschleunigung auf die Mindestdrehzahl kann mit Hilfe einer Startlogik erzeugt werden, die im Dekodierer 36 enthalten ist oder extern angeschlossen wird. In der Anlaufphase des Motors übt der Dekodierer 36 seine Dekodierfunktion nicht aus. Die Startlogik zwingt die Kommutierungsschalter S1 bis S4 im Synchronlauf mit steigender Frequenz auf die oben erwähnte Mindestdrehzahl des Motors.Since the stator coil L1 does not induce a voltage U1 until the rotor 11 turns, the circuit works only from a minimum speed. The acceleration to the minimum speed can be generated by means of a start logic, which in the decoder 36 is included or connected externally. During the start-up phase of the engine, the decoder exercises 36 its decoding function is not enough. The start logic forces the commutation switches S1 to S4 in synchronism with increasing frequency to the above-mentioned minimum speed of the motor.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Verwendung von vier Statorspulen beschränkt und auch nicht auf den Fall, daß sämtliche Statorspulen mit ihren einen Enden zusammengeschaltet sind. Die Erfindung kann auch bei solchen Motoren angewandt werden, bei denen die Statorspulen an beiden Enden umgeschaltet werden.The The invention is not limited to the described use of four stator coils limited and not in the event that all Stators are connected together with their one ends. The invention can also be applied to engines in which the stator coils be switched at both ends.

Der erfindungsgemäße Gleichstrommotor eignet sich insbesondere bei Vakuumanwendungen, z.B. für Turbo-Pumpen. Er ist strahlungs- und strörunempfindlich, vakuumfest und benötigt wenig Leitungen und Leitungsdurchführungen. Die Spannung einer einzigen Statorspule wird zur Steuerung der Kommutierung sämtlicher Statorspulen benutzt. Dadurch wird eine komplizierte und teure Hardware und Software entbehrlich. Durch den Verzicht auf einen komplexen Mikrocomputer und infolge der Verwendung einer einfachen Schaltung ist die Störungsgefahr verringert. Hohe Drehzahlen werden nicht durch eine maximale Prozessorgeschwindigkeit begrenzt.Of the DC motor according to the invention is suitable especially in vacuum applications, e.g. for turbo pumps. He is radiation and insensitive to shock, vacuum-resistant and needed few cables and cable entries. The tension of a single stator coil is used to control the commutation of all Used stator coils. This will be a complicated and expensive hardware and software dispensable. By abandoning a complex Microcomputer and as a result of using a simple circuit is the risk of interference reduced. High speeds are not guaranteed by a maximum processor speed limited.

Claims

Collectorless DC motor with a stator ( 10 ), which has at least one stator coil (L1-L4) for generating a rotating field, a rotor having a permanent magnet ( 11 ) and a control device for controlling the commutation of the rotating field as a function of the voltage at at least one stator coil (L1), where in the control device a pulse generator circuit ( 13 ), which generates from the voltage of at least one stator coil (L1) a pulse signal (U4) whose frequency is dependent on the rotor frequency, wherein the pulse signal (U4) is a PLL circuit ( 17 ), which provides an output signal (U5) whose frequency is an integer multiple of the rotor frequency and is at least as great as the commutation frequency, and wherein from the output signal (U5) 5 ) of the PLL circuit commutation signals (U10-U13) are obtained which have fixed phase positions with respect to the rotor rotation, characterized in that the pulse generator circuit ( 13 ) the pulse signal ( 14 ) from the voltage of a single stator coil ( 21 ) generated.

A collectorless DC motor according to claim 1, characterized in that the pulse generator circuit ( 13 ) means (transformer TR) for removing the DC component from the voltage of the stator coil (L1), a low-pass filter ( 14 ) and a comparator ( 15 ) for detecting the zero crossings of the output signal (U3) of the low-pass filter and for supplying the pulse signal (U4).

A collectorless DC motor according to claim 2, characterized in that the low-pass filter ( 14 ) is an integrator.

Collectorless DC motor according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the PLL circuit ( 17 ) a divider ( 33 ), which returns the output signal (U5) of the PLL circuit after division by an integer number to an input (B) of the PLL circuit.

A collectorless DC motor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the output signal (U5) of the PLL circuit is a counter ( 35 ) to which a decoder ( 36 ) is connected, which supplies a commutation signal (U10-U13) for each count on a different one of several output lines.

A collectorless DC motor according to claim 5, characterized in that the count of the counter ( 35 ) in dependence on the signal level of the stages of the divider ( 33 ) is resettable.

A collectorless DC motor according to claim 5, characterized in that the decoder ( 36 ) for starting the rotor ( 11 ) is disabled.