DE2217884B2

DE2217884B2 - Kollektorloser Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2217884B2
Application number: DE2217884A
Authority: DE
Inventors: Wolf Ing.(Grad.) 7101 Loewenstein Hausser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-04-13
Filing date: 1972-04-13
Publication date: 1978-09-14
Also published as: DE2217884A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kollektorlosen Gleichstrommotor, insbesondere für zahnärztliche Zwecke, mit einem permanentmagnetischen Rotor, mit einem N Statorwicklungen aufweisenden Stator, die um den Winkel [360/N)" gegeneinander versetzt angeordnet sind, sowie mit Steuersignalgebern, die in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Rotors ansprechende magnetfedabhängige und jeweils um den Winkel (360/N)" zueinander versetzt angeordnete Steuerglieder zur Gewinnung von Einschaltsignalen für die einzelnen Statorwicklungen enthalten, wobei die Steuerglieder in zeitlicher Aufeinanderfolge nach jeder (360//v7°-Drehung des Rotors und jeweils zwischen zwei Nulldurchgängen des Rotormagnetfeldes durch das entsprechende Steuerglied ein über eine Halbdrehung des Rotors (180°) andauerndes Steuersignal liefern.

Ein derartiger kollektorloser Gleichstrommotor ist aus dem Siemens Sonderdruck aus »VDE-Fachberichte«, Heft 25,1968, Seiten 147 bis 151, SSW-BestelJnummer E 21/1299, Seiten 1 bis 5 bekannt. Der dort beschriebene Motor enthält Hallgeneratoren mit

ίο nachgeschalteten Schwellendiskriminatoren als Steuerglieder und arbeitet entweder mit 90° oder 180°-Kommutierung, d. h. die Ständerwicklungen (insgesamt vier um 90° gegeneinander versetzte Ständerwicklungen) werden von den Steuergliedern so umgeschaltet, daß entweder sukzessive nach jeweils einer Rotordrehung von 90° eine andere Ständerwicklung eingeschaltet wird oder daß eine Ständerwicklung jeweils während einer Halbdrehung des Rotors (180°) vom Strom durchflossen wird, wobei benachbarte Ständerwicklungen jeweils während der Dauer einer Vierteldrehung (90°) gleichzeitig erregt sind.

Nachteilig bei der bekannten 90°-Kommutierung ist, daß zur Erzeugung der 90°-Einschaltsignale die Ansprechschwelle der Schwellendiskriminatoren auf einen bestimmten, von Null abweichenden Wert der Hallspannung eingestellt werden muß. Da die Hallspannung erheblich von der Empfindlichkeit des jeweils verwendeten Hallgenerators und auch vom Streumagnetfeld des Rotors abhängig ist, ergeben sich Schaltunsicherheiten im Augenblick der Umschaltung, die zu Umschaltlücken führen können, welche den Gleichlauf des Rotors beeinträchtigen.

Bei der 180°-Kommutierung sind als Schwellenwerte jeweils die praktisch störunanfälligen Nulldurchgänge der Hallspannung verwendet, womit sich wohldefinierte Schaltwinkel ergeben und Umschaltlücken vermieden werden. Nachteilig ist jedoch, daß in den Überlappungsphasen zweier aufeinanderfolgender Einschaltsignale, in denen zwei Wicklungen gleichzeitig vom Strom durchflossen sind, trotz Stromverdoppelung die resultierende Durchflutung lediglich um den Faktor [/2 ansteigt. Dies trägt zu einer Verschlechterung des Motorwirkungsgrades bei.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Motor der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem bei verhältnismäßig hohem Wirkungsgrad eine sichere, lückenlose Umschaltung der Ständerwicklungen gewährleistet ist.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Motor der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß logische Verknüpfungsglieder für die Steuersignale vorgesehen sind, welche im Takt und jeweils während der Dauer zeitlich nacheinander auftretender (360/ /V^-Steuersignalüberlappungsphasen die Einschaltsignale (U_E ι bis Uea) für die aufeinanderfolgende Anschaltung der jeweiligen Statorwicklungen erzeugen.

Bei dem erfindungsgemäßen Motor werden die Statorwicklungen in Abhängigkeit von den störunanfälligen Nulldurchgängen des Rotormagnetfeldes durch die Steuerglieder umgeschaltet. Den Gleichlauf des Rotors beeinträchtigende Umschaltlücken können damit praktisch nicht auftreten. Durch die gleichzeitige Verknüpfung der 180°-Steuersignale zu (360/A/;°-Ein-

schaltsignalen wird eine Überlappung der Erregungsphasen benachbarter Statorwicklungen vermieden. Der geringere Strombedarf bei vergleichsweise relativ hoher Durchflutung bewirkt einen optimalen Wirkungs-

In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung werden zur Erzeugung der Einschaltsignale von den sich jeweils während der Dauer einer (360/N,i°-Drehung überlappenden Steuersignalen gespekie UND-Glieder verwendet. Zur Erzeugung einer optimalen Kraftwirkung zwischen Rotor und Statorwicklungen sollen die Steuerglieder in bezug auf die Statorwicklungen um jeweils ± (180/N)° räumlich gegeneinander -ersetzt angeordnet sein derart, daß in der Schaltphase ± (180/Nf nach Beginn der jeweiligen Einschaltsignale (Ue\ bis Ue*) der Rotorfeldvektor und der Durchflutungsvektor der jeweils eingeschalteten Statorwicklung senkrecht aufeinanderstehen.

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im folgenden beschrieben und seine Wirkungsweise erläutert:

Die Fig. 1 zeigt schematisch den aus einem permanentmagnetischen Rotor 1 sowie aus N — vier gegeneinder um 90° versetzten Statorw'cklungen 2,3,4, 5 bestehenden Gleichstrommotor. Der Pfeil 6 am Rotor 1 gibt die Richtung der Rotormagnelisierung an.

Zwischen den Statorwicklungen 2 und 5 bzw. 2 und 3 sind jeweils in 45°-Abstand von den Wicklungen zwei mit der Spannung U₀ gespeiste Hallgeneratoren 7, 8 angeordnet, die in Abhängigkeit vom Drehwinkel φ des Rotors 1 an ihren Ausgängen im wesentlichen sinusförmige Hallspannungen Ua 1, Um; Ua2, Uαϊ, gemäß F i g. 2a liefern. Der Nuliwert (Magnetfelddurchflutung durch Hallgenerator Null) der Spannungen beträgt dabei jeweils LW Den Hallgeneratorausgängen sind ferner Schwellwertdiskriminatoren (Transistorschalter) 9 bis 12 nachgeschaltet, die Ausgangssignale (Steuersignale) Us 1 bis Us* gemäß Fig.2b erzeugen, wenn die Hallspannungen ihren Nullwert U0/2 überschreiten.

Den Statorwicklungen 2 bis 5 sind ferner UND-Glieder 13 bis 16 zugeordnet, wobei das UND-Glied 13 eingangsseitig durch die Steuersignale Us\ und Us*, das UND-Glied 14durch die Steuersignale Us 1 und U_S2,das UND-Glied 15 durch die Steuersignale Us2 und t/s 3 und das UND-Glied 16 durch die Steuersignale Us 1 und Us* gespeist wird. Jedes UND-Glied 13 bis 16 erzeugt während der Überlappungsphase der ihm zugeführten Steuersignale ein über 90° andauerndes Einschaltsignal Ueί bis Ue* für die über eine Verstärkerstufe 17 bis 20 (Transistorverstärker mit Leistungstransistorschalter) nachgeschaltete Statorwicklung 2 bis 5. Der Verlauf der Einschaltsignale in Abhängigkeit vom Drehwinkel ψ des Rotors 1 ist in F i g. 2c dargestellt.

Bei dem erfindungsgemäSen Molor können die Steuerglieder anstelle von Hallgeneratoren selbstverständlich auch sonstige auf ein Magnetfeld ansprechende Spannungserzeuger, wie z. B. Feldplatten, Magnetdioden od. dgl., enthalten. Bei insgesamt N Statorwicklungen wären dann ebenfalls Nsolcher Spannungserzeuger jeweils zwischen den einzelnen Statorwicklungen anzuordnen. Bei der Verwendung von Hallgeneratoren sind lediglich insgesamt /V/2 solcher Bauelemente erforderlich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kollektorloser Gleichstrommotor, insbesondere für zahnärztliche Zwecke, mit einem permanentmagnetischen Rotor, mit einem N Statorwicklungen aufweisenden Stator, die um den Winkel (36Q/N)" gegeneinander versetzt angeordnet sind, sowie mit Steuersignalgebern, die in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Rotors ansprechende magnetfeldabhängige und jeweils um den Winkel (360/N)" zueinander versetzt angeordnete Steuerglieder zur Gewinnung von Einschaltsignalen für die einzelnen Statorwicklungen enthalten, wobei die Steuerglieder in zeitlicher Aufeinanderfolge nach jeder (360/N)"-Drehung des Rotors und jeweils zwischen zwei Nulldurchgängen des Rotormagnetfeldes durch das entsprechende Steuerglied ein über eine Halbdrehung des Rotors (180°) andauerndes Steuersignal liefern, dadurch gekennzeichnet, daß logische Verknüpfungsglieder (UND-Glieder 13 bis 16) für die Steuersignale vorgesehen sind, welche im Takt und jeweils während der Dauer zeitlich nacheinander auftretender (360//V^°-Steuersignalüberlappungsphasen die Einschaltsignale (U_E\ bis L^₄) für die aufeinanderfolgende Anschaltung der jeweiligen Statorwicklungen (2 bis 5) erzeugen.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Einschaltsignale von den sich jeweils während der Dauer einer (360/yV^o-Drehung überlappenden Steuersignalen gespeiste UND-Glieder (13 bis 16) verwendet sind.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerglieder (Hallgeneratoren 7,8) in bezug auf die Statorwicklungen (2 bis 5) um jeweils ± (\80/N)° räumlich gegeneinander angeordnet sind, derart, daß in der Schaltphase ± (180//V,)" nach Beginn der jeweiligen Einschaltsignale (Ue\ bis Uea) der Rotorfeldvektor und der Durchflutungsvektor der jeweils eingeschalteten Statorwicklung (2 bis 5) senkrecht aufeinanderstellen.

4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Steuersignale zwei untereinander um 90° und gegenüber benachbarten Ständerwicklungen um 45° versetzte Hallgeneratoren (7, 8) mit nachgeschalteten, auf die Nulldurchgänge der Hallspannungen (Uaι, U_A2, U_Av, U_Ar) ansprechenden Schwellendiskriminatoren (9, 10,11, 12) verwendet sind.