DE2539625B2

DE2539625B2 - Elektronisch kommutierter gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2539625B2
Application number: DE19752539625
Authority: DE
Inventors: Kinzo Yokohama Wada (Japan)
Original assignee: Victor Company of Japan, Ltd, Yokohama, Kanagawa (Japan)
Priority date: 1974-09-07
Filing date: 1975-09-05
Publication date: 1978-02-16
Also published as: US4025835A; JPS5130311A; DE2539625A1; JPS5812838B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor der eingangs genannten Art ist bereits aus der FR-PS 40 593 oder GB-PS 12 13 092 bekannt. Bei diesen Gleichstrommotoren werden für jede Wicklung jeweils ein Hallgenerator benötigt. Bei solchen Gleichstrommotoren bereitet es keine Schwierigkeit, die jeweils von dem zweiten Hallspannungsanschluß gelieferte und um 180° gegenüber der Hallspannung des ersten Hallspannungsanschlusses verdrehte Hallspannung als Steuerspannung für jeweils die zweite Wicklung heranzuziehen. Dies trifft auch für den aus der GB-PS 6 73 496 bekannten Gleichstrommotor zu.

Aus der Zeitschrift L' Electricien, Mai 1968, S. 114/115 ist ein vier Wicklungen aufweisender Gleichstrommotor mit zwei Hallgeneratoren bekannt, bei dem die Steueranschlüsse über einen Transistor mit einem Pol der Gleichspannungsquelle in Verbindung stehen. Bei diesem Gleichstrommotor läßt sich die gruppenweise Anordnung und die Steuerung von vier Wicklungen durch zwei Hallgeneratoren aufgrund der 90°-Anordnung zwischen den Wicklungen ausführen. Die DT-OS 03 896 beschreibt einen Gleichstrommotor, bei dem in ähnlicher Weise die Steuerung von vier Wicklungen mittels zweier Hallgeneratoren ausgeführt wird, so daß jeweils zwei Wicklungen von dem Hallgenerator mit Steuerspannungen beaufschlagt werden.

Die Kopplung der Steuerelektroden von Hallgeneratoren mittels einer Zenerdiode ist in der GB-PS 12 13 092 genannt, während in der Literaturstelle »L'Electricien« die Verbindung der Emitterelektroden von Leistungstransistoren über einen Widerstand angegeben ist.

Demgegenüber liegt die Aufgabe der Erfindung darin, einen verbesserten, elektronisch kommutierten Gleichstrommotor mit einem Permanentmagnetrotor und drei Statorwicklungen zu schaffen, bei dem die Kommutierung durch zwei Hallgeneratoren erfolgt.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei dem vorausgesetzten Gleichstrommotor durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.
Bei diesem Gleichstrommotor ist von besonderem Vorteil, daß nur zwei Hallgeneratoren erforderlich sind, um die Kommutierung der Statorströme derart zu gestalten, daß sie um 120° zueinander phasenverschoben sind. Dabei ist nur eine Einstellung der in Betriebsbeziehung miteinander stehenden Hallgeneratoren erforderlich, um eine Differenz der von den. Hallgeneratoren erzeugten Hallspannungen zu kompensieren. Auf diese Weise ist der Einsatz von Hallgeneratoren mit identischen Betriebseigenschaften überflüssig, da eventuelle Unterschiede der Hallspan-

(i5 nungen kompensiert werden können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Ansicht des Gleichstrom-

motors mit drei um 120° zueinander elektrisch versetzten Statorwicklungen und zwei Hallgeneratoren; F i g. 2 ein Schaltbild des Gleichstrommotors;

F i g. 3 eine schematische Ansicht einer gegenüber Fig. 1 abgewandelten Ausführungsform; und

F i g. 4 ein Vektordiagramm der von den Hallgeneraloren erzeugten Hallspannungen.

Gemäß Fig. 1 und 2 weist der elektronisLh kommutierte Gleichstrommotor einen Stator 10 mit Statorwickluiigen W\ bis W₃ und einen Permanentmagnetrotor 12 auf. Der Permanentmagnetrotor ist mit diametral einander gegenüberliegenden Polen N und S versehen. Zwei Hallgeneratoren Wi und W2 sind in der Nähe der zugeordneten Statorwicklungen Wi und W₂ angeordnet und um einen Winkel vor, 120° elektrisch gegeneinander versetzt.

Die Statorwicklungen Wi bis Wj sind an einer Seite zusammengeführt und an den Anschluß positiver Polarität einer nicht dargestellten Gleichspannungsquelie angeschlossen, während die andere Seite der Statorwicklungen jeweils mit der Kollektorelektrode eines zugeordneten Leistungstransistors T\ bis T₃ verbunden ist, wobei die Leistungstransistoren in einer Darlingtonschaltung geschaltet sein können.

Der Hallgenerator W2 kann an der Position 13 (F ig. 1) angeordnet sein, die gegenüber dem Hallgenerator W] um 300° (= 120°+ 180°) elektrisch versetzt ist. Wenn jede Statorwicklung Wi bis W₃ ein Wicklungspaar a und b entsprechend F i g. 3 aufweist, die in Serie oder parallel geschaltet sind, hat der Permanentmagnetrotor zwei Paare magnetischer Pole, und die Hallgeneratoren Wi und W2 können gegeneinander um 120° + 180°· η versetzt sein, wobei η = 0,1,2,3

Die Emitter der Leistungsverstärker T\ bis T₃ sind nach F i g. 2 zusammen über einen Widerstand Ro an den negativen Pol der nicht gezeigten Gleichspannungsquelle angeschlossen.

Damit die Leistungstransistoren TJ bis T₃ durch die Hallgeneratoren W_t, H₂ gesteuert werden, sind die Basiselektroden der Leistungstransistoren Γι und Tt to über einen Widerstand R₃ bzw. Ra eines Widerstandsnetzwerks an einen Hallspannungsanschluß der Hallgeneratoren Wi und W2 angeschlossen. Die anderen Hallspannungsanschlüsse sind über Widerstände R\ und R₂ des Widerstandsnetzwerks, die gleichen Wert haben, miteinander verbunden. Die Basis des Leistungstransistors T₃ ist an die Verbindung zwischen den Widerständen R] und fa angeschlossen.

Die Steueranschlüsse der Hallgeneratoren Wi, W2 sind über Widerstände R_a und Rb sowie über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 4 zur Geschwindigkeitssteuerung mit dem positiven Anschluß der Gleichspannungsquelle verbunden. Die anderen Steueranschlüsse der Haligeneratoren liegen über Widerstände Äcund Rd sowie über einen variablen Widerstand W? 55 an dem negativen Anschluß der Spannungsquelle an. Die Basis des Transistors 7} ist an eine geeignete Steuerspannungsquelle 1 zur Geschwindigkeitssteuerung angeschlossen. Die Widerstände R_a, Rb, R_c und Rd sind zur Einsteilung der Stromwerte vorgesehen, welche durch die Hallgeneratoren Wi und H₂ und deren Steueranschlüsse fließen, so daß die Hallgeneratoren Wi, W2 die gleiche Hallspannung an ihren Hallspannungsanschlüssen liefern. Wenn die Hallgeneratoren Wi und W2 gleiche Arbeitscharakteristiken besitzen, haben bs die Widerstände R₃ bis Rd gleiche Widerstandswerte. Diese Widerstände R_a bis Rd müssen jedoch sorgfältig aussewählt werden, falls die Haügeneratoren unterschiedliche Arbeitscharakteristiken besitzen, damit an den Hallspannungsanschlüssen gleiche Spannungen erzeugt werden.

Zwischen den Basiselektroden der Leistungstransistoren Ti und T₂ sind Widerstände R5 und Rb des Widerstandsnetzwerks vorgesehen, welches in Serie geschaltete Widerstände Ri und Rg mit gleichem Widerstand aufweist, die zwischen einem Punkt P und einem Punkt (fliegen. Die Widerstände R_a und Rb sind an den Punkt P angeschlossen. Der Abgriffspunkt des variablen Widerstands VR ist an den Punkt ζ) angelegt. Die Widerstände R₃ und /?₅ besitzen gleiche Werte und die Widerstände R^ und R_b besitzen ebenfalls gleiche Werte. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R5, Rb und der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen Rt, Rs sind an der mit S bezeichneten Stelle miteinander verbunden. Die Widerstände R₃ bis Rb haben vorzugsweise einen Widerstandswert, der größer als der des Widerstands Ri ist.

Wenn die Hallgeneratoren Wi und H₂ derart ausgelegt sind, daß sie an ihren Anschlüssen gleiche Hallspannungen liefern, werden von den gegenüberliegenden Hallspannungsanschlüssen sinusförmige Spannungen e'i, — e'i und e'2, — e'2 abgegeben. Die Spannungen e\ und e'2 haben die gleiche Amplitude, sind jedoch um 120° gegeneinander phasenverschoben.

Eine sinusförmige Spannung C₃, welche die Vektorsumme der Spannungen — e'i und —e'2 darstellt, wird am Punkt C zwischen den Widerständen /?, und R₂ erzeugt und an die Basis des Leistungstransistors T₃ (F i g. 2 und 4) angelegt. Die Spannung e3 ist gegenüber e'i und E'2 um 120° phasenverschoben und hat eine Amplitude, die halb so groß ist wie die der Spannungen e'i oder e'2, da sie am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R\ und /?2 auftritt.

Wenn das Gleichspannungspotential am Punkt Sauf einer Spannung gehalten wird, die halb so groß ist wie die Spannung zwischen den Punkten fund Q, sind die Gleichspannungspotentiale oder Hallspannungen an den Hallspannungsanschlüssen im wesentlichen gleich dem Potential am Punkt S. Unter diesen Voraussetzungen wird am Punkt S praktisch keine sinusförmige Spannung erzeugt. Der variable Widerstand VR kann so eingestellt werden, daß er jede Abweichung der Hallspannungen gegenüber dem erwünschten Spannungspegel kompensiert.

Die Widerstände Rs, Rb haben nicht nur die Funktion, das Gleichspannungspotential am Punkt Sauf dem zum Potential zwischen den Punkten P und Q gleichen Potentialwert zu halten, sondern liefern auch sinusförmige Hallspannungen ei und e2 mit einer Amplitude, die halb so groß ist wie die Amplitude der sinusförmigen Hallspannungen e'i bzw. e'2.

Somit werden die sinusförmigen Hallspannungen — e'i und —e'2 durch die Widerstände R\ und R₂ des Widerstandsnetzwerks zusammengefaßt, während die sinusförmigen Hallspannungen e'i und e'2 durch eine aus den Widerständen A3, R5 und R*, Rb gebildete Teilerschaltung des Widerstandsnetzwerks geteilt werden. Die Widerstände Ri und Rg mit gleichem Widerstandswert sind nach Art einer Brücken-Kreuzschaltung an die Teilerschaltung zwischen den Punkten P und Q angeschlossen. Hierdurch wird der Gleichgewichtszustand am Kreuzungspunkt der Brückenschaltungen eingehalten, wodurch hier praktisch keine sinusförmige Spannung auftritt.

Die Punkte P und Q können außerdem über eine Zenerdiode Zp miteinander verbunden sein, um die

Spannung zwischen den Steueranschlüssen der Hallgeneratoren H\ und H2 auf einem konstanten Wert zu halten, so daß die Spannungspotentialc an den Hallspannungsanschlüssen ebenfalls auf gleichem Potentialwert gehalten werden. Die Zenerdiode Zn beseitigt ferner unerwünschte, wechselseitig sich überlagernde Hall-Effekte, die durch die parallele Verbindung zwischen den beiden Hallgeneratoren verursacht werden, so daß eine Verzerrung der sinusförmigen Hallspannung verhindert wird.. Hierdurch ergibt sich eine Spannung ej, welche eine echte Sinuswellenform besitzt. Die Basen der Leistungstransistoren T\ bis Tj werden somit durch dreiphasige Wechselspannungen gleicher Amplitude angesteuert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor mit einem Permanentmagnetrotor, mit einem Stator, der drei jeweils um 120° elektrisch versetzte Statorwicklungen aufweist, die mit ihrem einen Ende gemeinsam unmittelbar an dem einen Pol einer Gleichstromquelle angeschlossen sind und mit ihrem anderen Ende über die Kollektor-Emitter-Sirecke je eines Leistungstransistors an den anderen Pol der Gleichspannungsquelle in Abhängigkeit von der Drehstellung des Rotors schaltbar sind, und mit einem aus gegeneinander versetzten Hallgeneratoren bestehenden Drehstellungsdetektor zur Erfassung der Drehstellung des Rotors und zur entsprechenden Aussteuerung der Basen der Leistungstransistoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstellungsdetektor aus zwei um 120° + 180 χ η (π=0, 1,2,3...)elektrisch gegeneinander versetzten Hallgeneratoren (H\, H₂) besteht, deren erste Hallspannungsanschlüsse jeweils einzeln mit den Basen der den ersten und zweiten Statorwicklungen (W\, W₂) zugeordneten ersten und zweiten Leistungstransistoren (T\. T₂) und deren zweite Hallspannungsanschlüsse gemeinsam mit der Basis des der dritten Statorwicklung (W]) zugeordneten Leistungstransistors (Ts) über ein Widerstandsnetzwerk derart in Verbindung stehen, daß an den Basen aller Leistungstransistoren jeweils um 120° elektrisch gegeneinander verschobene Steuerspannungen (ei, e2, ^₃) gleicher Amplitude anliegen.

2. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor

nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen des ersten und zweiten Leistungstransistors (T\, T₂) über erste Widerstände (R₃, Ra) des Widerstandsnetzwerks mit den ersten Hallspannungsanschlüssen und die Basis des dritten Leistungstransistors (Ti) über zweite Widerstände (R\, R₂) mit den zweiten Hallspannungsanschlüssen verbunden sind, daß die Basen des ersten und zweiten Leistungstransistors über dritte Widerstände (Rs, Rb) des Widerstandsnetzwerks zusammengeschaltet sind, daß an den Verbindungspunkt zwischen den dritten Widerständen vierte Widerstände (Rj, Ra) angeschlossen sind, welche die Steueranschlüsse der Hallgeneratoren (Hu H₂) koppeln, daß die ersten bis vierten Widerstände paarweise gleiche Widerstandswerte haben und daß der Wert der vierten Widerstände (R₇, Ra) kleiner als der Wert der ersten bis dritten Widerstände ist.

3. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranschlüsse der Hallgeneratoren (H\, H₂) zur Konstanthaltung der Spannung über eine Zenerdiode (ZJ) miteinander gekuppelt sind.

4. Elektronisch kommutierter Gleichstrommotor nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter-Elektroden der Leistungstransistoren (T\, T₂, Ti) über einen Widerstand (Ro) des Widerstandsnetzwerks gemeinsam an einen Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen sind.