DE3044062A1

DE3044062A1 - Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE3044062A1
Application number: DE19803044062
Authority: DE
Inventors: Tamotsu Kawasaki Kanagawa Yamagami; Hiroyuki Uchiya Urawa Saitama Yamauchi
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1979-11-22
Filing date: 1980-11-22
Publication date: 1981-06-04
Also published as: US4409526A; GB2064897B; FR2470477B1; CA1171902A; GB2064897A; JPS5674094A; FR2470477A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen brüstenlosen Gleichstrommotor und insbesondere einen Antriebskreis für diesen.

Es sind bereits Steuerkreise für Gleichstrommotoren bekannt, die die Erzeugung eines im wesentlichen konstanten Drehmoments unabhängig vom Drehwinkel der Motorwelle ermöglichen. In den US-PS 3 383 574 und 3 517 289 wird die Verwendung von Hallelementen zur Steuerung des Stroms vorgeschlagen, der der Ankerwicklung sinusförmig zur Winkellage des Rotors zugeführt wird, um ein im wesentlichen konstantes Drehmoment zu erreichen;

Wenn jedoch bei diesen bekannten Beispielen das Magnetfeld des Rotors durch Hallelemente ermittelt wird, um direkt sinusförmige Ströme zu erzeugen, die durch Statorwicklungen fließen, tritt eine Gleichspannungsverschiebung im ermittelten Ausgangssignal der Hallelemente auf, so daß eine Gleichspannungskomponente in den Sinusströmen, die durch die Statorwicklungen fließen, enthalten ist. Die positive Halbperiode der Sinuswelle hat daher eine andere Länge gegenüber^;der negativen Halbperiode, so daß eine Drehmomentwelligkeit auftritt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß, selbst wenn die Hallelemente aus dem gleichen Material hergestellt werden, keine gleiche Empfindlichkeit haben. Ihre AusgangsSpannungen sind daher ebenfalls verschieden, so daß eine Drehmomentwelligkeit hervorgerufen wird.

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Außerdem ist es schwierig, den Rotormagneten so zu magnetisieren, daß sein Magnetfeld exakt sinusförmig ist, und es treten normalerweise ungleiche Teile der Magnetisierung auf. Dies führt ebenfalls zu einer Drehmomentwelligkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik einen Antriebskreis für einen bürstenlosen Gleichstrommotor

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zu schaffen, durch den die Drehmomentwelligkeit beseitigen läßt, selbst wenn das Magnetfeld des Rotors nicht genau sinusförmig und/oder die zur Ermittlung dieses Feldes verwendeten Hallelemente unterschiedicher Verstärkungen bzw. Empfindlichkeiten haben, weiterhin soll die Erzeugung von Signalen im Tonfrequenzbereich vermieden und außerdem eine Geschwindigkeitregelschaltung einfachen Aufbaus und hoher Verstärkerung vorgesehen werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1-9 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt eines bürstenlosen Gleichstrommotors, *

Fig. 2 und 3 den Rotormagneten bzw. die Statorwicklungen des Motors der Fig. 1,

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Fig.4 ein Beispiel eines bekannten Antriebskreises,

Fig. 5 ein Blockschaltbild des .Antriebskreises der Erfindung,

Fig. 6A und 6B, 7A- 7N und 8A - 8F den Verlauf von Signalen zur Erläuterung der Arbeitsweise des Antriebskreises der Fig. 5 und

Fig. 9 eine weitere Ausbildungsform der Erfindung.

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Anhand der Pig. 1-4 werden zunächst der allgemeine Aufbau und die Eigenschaften eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit einem bekannten Antriebskreis beschrieben. Der Motor kann ein Drehmoment erzeugen, das stets in etwa konstant ist, und zwar unabhängig von der Drehlage des Rotors. Bei dem gezeigten Beispiel des Motors dieser Art ist ein Rotormagnet so magnetisiert, daß er ein sinusförmiges Magnetfeld erzeugt, und sinusförmige zweiphasige zweiphasige Wechselströme, die um 90 phasenverschoben sind, werden zweiphasigen Statorwicklungen zugeführt, um ein Drehmoment zu erhalten, das stets in etwa konstant ist,.und zwar unabhängig von der Drehlage, so daß eine von einem ungleichmäßigen Drehmoment freie Drehung bewirkt wird. Wie Fig. 1 zeigt, besteht ein solcher Motor aus einer Welle 1, auf der ein Rotormagnet 2 und ein Rotorjoch 3 befestigt sind. Der Magnet 2 ist ein am Joch 3 befestigter Permanentmagnet und ist so magnetisiert, daß er mehrere Pole, z. B. 8 Pole wie in Fig. 2 hat, die ein sinusförmiges Magnetfeld erzeugt.

Wie Fig. 3 zeigt, sind Statorwicklungsblöcke Cl und C2 so angeordnet, daß sie relativ zum Magnetfeld des Magneten 2 in Phase sind außerdem sind sie in Reihe geschaltet, um eine zweite Statorwicklung 5 zu bilden. Die erste und zweite Statorwicklung 4 und 5 sind gegenüber dem Magneten 2 an Stellen angeordnet, die gegeneinander um einen elektrischen Winkel von 90° oder einem geradzahligen Vielfach davon versetzt sind. Das Magnetfeld des Magneten 2 wird durch zwei Hallelemente 6 und 7 entsprechend den Statorwicklungen 4 und 5 ermittelt. Das Hallelement 6 ist bezüglich seines elektrischen Winkels zur Statorwicklung 4 in Phase, während das Hallelement 7 bezüglich seines elektrischen Winkels zur Statorwicklung 5 in Phase angeordnet ist. Die Hallelemente 6 und 7 sind außerdem

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zur Ermittlung des Magnetflusses des Magnetfelds 2 an Stellen angeordnet, die um einen elektrischen Winkel von 90° versetzt sind.

Bei dem bekannten Antriebskreis des Motors, wie ihn Fig. 4 zeigt, wird ein Gleichstrom 1 über einen Anschluß 8 den Hallelementen 6 und 7 zugeführt. In Abhängigkeit von der Drehung des Magneten 2 erzeugen daher die Hallelemente 6 und 7 sinusförmige Spannungen, die einem Verstärkerkreis 9 bzw. 10 zugeführt werden, die lineare Kennlinien haben. Die sinusförmigen Ausgangsspannungen der Hallelemente 6 und 7 werden Operationsverstärkern 11 und 12 an deren nicht invertierenden bzw. invertierenden Eingängen zugeführt. Wie an jeder positiven Hallperiode der Sinusspannung des Hallelements 6 oder 7 öffnet daher das Ausgangssignal des Verstärkers 11 oder 12 einen Transistor 13 oder 15, so daß ein Strom durch den Transistor 13 oder 15 zu der jeweiligen Statorwicklung 4 oder 5 fließt. Während der negativen Hallperiode der Sinusspannung des Hallelements 6 oder 7 wird der Transistor 14 oder 16 geöffnet, so daß ein Strom durch den Transistor zur Statorwicklung 4 oder 5 fließt.

Es werden daher Ströme proportional den Spannungen der Hallelemente 6 und 7 den Statorwicklungen 4 und 5 zugeführt. Wenn der Drehwinkel des Rotors mit θ bezeichnet wird, können der Magnetfluß ^l, der die Statorwicklung schneidet, und der Magnetfluß φ2, der die andere Statorwicklung 5 schneidet, wie folgt ausgedrückt werden:

2 =<j>_m cos (2)

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wobei ά konstant ist.

^J m

Die Hallelemente 6 und 7 können ein sinusförmiges veränderbares Magnetfeld des Rotormagneten 2 erfassen, um Spannungen proportional dem erfaßten Magnetfeld zu erzeugen. Diese Spannungen werden Verstärkern 9 und 10 zugeführt, so daß die Ströme il und i2, die durch die Statorwicklung 4 bzw. 5 fließen, wie folgt ausgedrückt werden:

11 = K sin θ (3)

12 = K cos θ (4)

wobei K ein nicht zum Drehwinkel θ in Beziehung stehender Wert ist, der solange konstant bleibt, solange der Strom I konstant ist. Für die von den Statorwicklungen 4 und erzeugen Kräfte-,Fl und F2 gilt daher:

. Fl = il - φΐ = j>_mK sin²& (5)

F2 = 12 * φ2 = φ K cos²& (6)

Für die Kraft F, der der Magnet 2 unterworfen ist, gilt daher:

F = Fl + F2

= φ K (sin²e + COS²Q) ^Jm

= φ Κ (7)

Die Kraft F und in gleicher Weise das Drehmoment sind daher unabhängig vom Drehwinkel θ des Rotors konstant.

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Zusammengefaßt wird daher bei dem oben beschriebenen Motor der Rotormagnet so magnetisiert, daß er ein sinusförmiges Magnetfeld erzeugt, und sinusförmige Wechselstromsignale mit Phasen, die um 90° verschieden sind, werden den Zweiphasen-Statorwicklungen zugeführt, um ein konstantes Drehmoment unabhängig von der Drehlage des Rotors zu erhalten, so daü ein von einem ungleichmäßigen Drehmoment freier Gleichstrommotor geschaffen werden kann.

Wie zuvor kurz erwähnt, wird, wenn der Magnetfluß des Rotors von den Hallelementen erfaßt wird und Sinusströme, die durch die Statorwicklungen fließen, direkt aus den ermittelten Ausgangssignalen dieser Elemente erzeugt werden, eine versetzte Gleichspannung in den ermittelten Ausgangssignalen der Hallelemente erzeugt, so daß die Sinusströme, die durch die Statorwicklungen fließen, Gleichstromkomponenten enthalten. Die positiven und negativen Intervalle einer Sinuswelle haben daher unterschiedliche Längen, so daß eine Drehmomentwelligkeit entstehen kann. Selbst wenn die Hallelemente aus dem gleichen Material bestehen, können ihre Empfindlichkeiten nicht gleich sein. Daher können aich die Ausgangsspannungen der Hallelemente verschieden sein. Wenn daher bei dem obigen Beispiel die Ausgangsspannung des Hallelements nicht gleich der des Elements 7 ist, kann eine Drehmomentwelligkeit erzeugt werden.

Beim Magnetisieren des Rotormagneten ist es schwierig, das Magnetfeld genau in Sinusform veränderbar zu machen, und es tritt normalerweise eine ungleichmäßige Magnetisierung auf. Wenn das Magnetfeld des ungleichmäßig magnetisierten Rotormagneten 2 ermittelt wird, um das Sinussignal zu bilden und der Statorwicklung 4 oder 5 zuzuführen, erzeugt auch der durch die Statorwicklung fließende Strom eine Drehmomentwelligkeit.

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Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform des Antriebskreises der Erfindung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor der zuvor anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebenen Art. Dieser Kreis hat Speicher 21 und 31 in Form von ROMs. Die im Speicher 21 gespeicherten Informationsdaten sind gegenüber den im Speicher 31 gespeicherten um 90° phasenverschoben. Wenn z. B. der ROM 21 Informationsdaten für die positive Haltperiode einer Sinuswelle gespeichert hat, die gegenüber der Sinuswelle der Fig. 6A um 90° phasenverschoben ist und außerdem einer Vollweggleichrichtung unterworfen wird, wie Fig.6B zeigt.

Ein Frequenzgenerator 41 in Fig. 5 ist z. B. an der Rotorwelle 1 des Motors in Fig. 1 angeordnet und erzeugt ein Sinussignal bzw. einen Impuls FG, der N-mal während jeder Umdrehung des Rotors auftritt, um eine Frequenz entsprechend der Drehgeschwindigkeit des Rotors zu erhalten. Im Antriebskreis der Fig. 5 sollten die zuvor erwähnten, in den ROMs 21 und 31 gespeicherten Wellenform Informationsdaten synchron mit dem Signal FG ausgelesen werden. Hierzu ist es notwendig, daß die in den ROMs 21 und 31 gespeicherten Daten Abtastungen der Wellenformen der Fig. 6A und 6B darstellen, die durch die Häufigkeit des Auftretens des Signals FG während jeder Umdrehung des Rotors und auch von der Anzahl der Pole, die am Magneten 2 magnetisiert sind, bestimmt wird.

Wenn z. B. der Frequenzgenerator 41 512 Signale FG während jeder Umdrehung der Rotorwelle 1 erzeugt, und der Magnet 2 acht Pole wie in Fig. 2 hat, ergeben sich vier Perioden des sinusförmigen Magnetfeldes für jede Umdrehung des Rotors, und damit tritt das Signal FG des Generators 41 während der Periode entsprechend einem Halbzyklus des sinusförmigen Magnetfeldes 64mal auf. Bei dem vorherigen Beispiel werden die Wellenformen der Fig. 6A und 6B von 64 aufeinanderfolgenden Abtastimpulsen

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abgetastet, und die aufeinanderfolgenden abgetasteten Werte werden in den ROMs 21 und 31 an den Adressen "0" bis "63" gespeichert. Bei der Ausführungsform der Fig. 5 werden digitale 8-Bit—Kodes bzw. Informationsdaten, die die abgetasteten Werte der Wellenformen der Fig. 6A und 6B darstellen, an die jeweiligen Adressen in den ROMs.'21 und 31 gespeichert, und aus diesen synchron mit dem Signal FG aufeinanderfolgend ausgelesen.

Um die Adressen in den ROMs 21 und 31 zu identifizieren, von denen die Kodes bzw. Informationsdaten aufeinanderfolgend ausgelesen werden, hat der Antriebskreis 5 außerdem Zähler 22 und 32, und einen Verstärker 42, über die das Signal FG des Frequenzgenerators 41 einem Schmitttrigger 43 zugeführt wird, wo er aus seiner ursprünglich etwa rechteckigen Form in einen Rechteckimpuls PFG (Fig. 8C) umgewandelt wird, der auf die Takteingänge CK der Zähler 22 und 32 gegeben und von diesen gezählt wird. Um die obige Gleichung (7) zu erfüllen, müssen die Informationsdaten, die die abgetasteten Werte der Wellenformen der Fig. 6A und 6B darstellen, aus den ROMs 21 und 31 synchron mit dem Magnetfeld des Rotormagneten 2 ausgelesen werden. Das Auslesen an der Adresse "0" jedes ROMs 21 und 3.1 muß zu einem Zeitpunkt begonnen werden, wenn der Magnet 2 in einer solchen Drehlage ist, daß sein Magnetfeld, das z. B. auf die Statorwicklung 4 gegeben wird, von einem Nulldurchgangspunkt, z. B. dem Punkt P in Fig. 7C, ansteigt, worauf die Kodes aus den übrigen Adressen 1, 2, 3 ... 63 aufeinanderfolgend ausgelesen werden.

Um die vorherige Synchronisierung des Auslesens aus den ROMs 21 und 31 mit dem Magnetfeld des Rotors 2 zu erreichen,

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ist das Hallelement 6 an einer Stelle angeordnet, an der die Wirkung des Magnetfeldes des Magneten2 der Phase nach gleich dem sinusförmigen Magnetfeld EHS (Fig. 7c) ist, das vom Magneten 2 auf die Statorwicklung 4 bei der Drehung des Rotors gegeben wird. Das Ausgangssignal ES des Hallelements 6 wird auf einem Begrenzer gegeben, um ein Rechtecksignal LS (Fig. 7D) zu erzeugen, das wiederum einem Flip-Flop zugeleitet wird, um dieses durch seine Anstiegsflanke zu triggern, und dadurch ein Ausgangssignal CS2 (Fig. 7E) zu erzeugen, dessen Frequenz halb so groß wie die des Signals LS ist. Das Signal CS2 wird auf ein Flip-Flop 58 gegeben, um dieses mit seiner Anstiegsflanke zu triggern, und dadurch ein Signal CS4 (Fig. 7F) zu erzeugen, dessen Frequenz halb so groß wie die des Signals CS2 ist, d. h. ein Viertel der Frequenz des Signals LS. Das Signal CS4 des Flip-Flops 58 wird auf aie Rückstelleingänge R der Zähler 22 und 32 gegeben, um beide gleichzeitig mit der Anstiegsflanke des Signals CS4 zurückzustellen. Das Signal CS4 hat eine Anstiegsflanke für jede Drehung des Rotors, die zu einem Zeitpunkt entsprechend der Anstiegsflanke des Magnetfeldes EHS (Fig. 7C) vom Nulldurchgangspunkt P aus auftritt. Die Zähler 22 und werden.daher einmal während jeder Drehung des Rotors zurückgestellt, wenn letzterer in der dem Nulldurchgangspunkt P des Magnetfeldes EHS, das auf die Statorwicklung 4 gegeben wird, entsprechenden Drehlage ist, und danach zählen die Zähler 22 und 32 die Impulse PFG aufeinanderfolgend bis 63 und kehren zu Null zurück beim Zählen eines weiteren Impulses. Der Inhalt der Zähler 22 und 32 wird auf die ROMs 21 und 32 als Ausleseadressen für diese gegeben. Die die 64 abgetasteten Werte des Wellenverlaufs der Fig. 6A darstellenden Daten werden aufeinanderfolgend von den 64 Adressen des ROM achtmal während jeder Drehung des Rotors synchron mit dem Magnetfeld EHS ausgelesen, und die die 64 abgetasteten

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Werte der Wellenform der Fig. 6B darstellenden Daten werden in gleicher Weise aufeinanderfolgend von den 64 Adressen des ROMs 31 achtmal während jeder Drehung des Rotors synchron mit dem Magnetfeld EHS ausgelesen.

Die von dem ROMs 21 und 31 in der zuvor beschriebenen Weise ausgelesenen Daten werden in ein Impulsbreitenmodulationssignal PWS bzw. PWC umgewandelt, die von Flip-Flops 71S und 71C gewonnen werden. In dem Antriebskreis der Fig. 5 erzeugt ein spannungsgesteuerter Oszillator bzw. ein Oszillator 72 veränderbarer Frequenz ein Schwingungsausgangssignal PO mit einer veränderbaren Frequenz fO, die größer als die Folgefrequenz fFG der Impulse PFG ist. Das Schwingungsausgangssignal PO wird von einem 8-Bit-Zähler 73 gezählt, dessen Ausgangs signal in Form von 8-Bit-Informationsdaten auf Digitalkomparatoren 74S und 74C gegeben wird, die auch die 8-Bit-Informationsdaten erhalten, die von den ROMs 21 und 31 ausgelesen werden. Die Ausgangssignale der Komparatoren 74S und 74C werden über Sperrglieder 75S und 75C den Rückstelleingängen R der Flip-Flops 71S und 71C zugeführt. Die Sperrglieder 75S und 75C sind nur während des Beginns des Betriebs des Motors geschlossen und sind offen, wenn der Motor in seinem normalen Drehzustand ist, wie später beschrieben wird. Ein Oszillator 76, der vorzugsweise ein spannungsgesteuerter Oszillator oder ein Oszillator veränderbarer Frequenz ist, wie gezeigt ist, erzeugt ein Schwingungs— ausgangssignal Pl mit einr Mittelfrequenz fl, die außerhalb des Tonfrequenzbereiches liegt und so gewählt wird, daß sie wesentlich niedriger als die Frequenz fO des Ausgangssignals PO des Oszillators 72 ist, jedoch höher als die Frequenz fFG der Impulse PFG, wie sich aus einem Vergleich der Fig. 8B bis 8D ergibt. ^

ORIGINAL !NSPECTED

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Das Ausgangssignal Pl (Fig. 8B) des Oszillators 76 wird über ODER-Glieder 77S und 77C den Setzeingängen von Flip-Flops 71S und 71C zugeführt, um gleichzeitig beide Flip-Flops zu setzen. Das Ausgangssignal Pl des Oszillators 76 wird auch einem Rückstelleingang R des Zählers 73 zugeführt, um diesen zurückzustellen. Der Zähler 73 zählt die Impulse des Signals PO (Fig. 8B) des Oszillators 72, beginnend mit jedem Impuls des Ausgangssignals Pl (Fig. 8D) des Oszillators 76, und der"sich ergebende Zählerstand des Zählers 73 in Form von 8-Bit-Informationsdaten wird im Komparator 74S mit den auf dem ROM 21 ausgelesenen Daten verglichen. Bei Koinzidenz aller Bits der dem Komparator 74S vom ROM 21 und vom Zähler 73 zugeführten Daten, erzeugt der Komparator 74S einen Äquivalenzausgangsimpuls PES (Fig. 8E), der bei normaler Drehung des Motors über das offene Sperrglied 75S dem Rückstelleingang R des Flip-Flops 71S zum Rückstellen zugeführt wird. In gleicher Weise vergleicht der Komparator 74C die aus dem ROM 31 ausgelesenen Daten mit den den Zählstand des Zählers 73 darstellenden Daten, und bei Koinzidenz aller Bits dieser Eingangssignale des Komparators 74C erzeugt dieser einen Äquivalenzausgangsimpuls PEC, der über das offene Sperrglied 75C beim normalen Drehen des Motors dem Rückstelleingang R des Flip-Flops 71C zugeführt wird, um dieses zurückzustellen. Wie zuvor beschrieben, sind die aufeinanderfolgend von den Adressen der ROMs 21 und 31 synchron mit den Impulsen PFG (Fig. 8C) ausgelesenen und den Komparatoren 74S und 74C zugeführten Daten tatsächlich binär kodierte 8-Bit-Signale. Zum leichteren Verständnis ist jedoch in Fig. 8A eine Gruppe dieser digitalen Informationsdaten DO, Dl, D2 durch ihre analogen Pegel gezeigt.

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In jedem Fall erzeugt das Flip-Flop 71S ein Impulsbreitenmodulationssignal PWS (Fig. 8F) mit einer Folgefrequenz gleich der Frequenz fl des Ausgangssignal Pl des Oszillators 76 und mit einer Impulsbreite, die an seiner Vorderflanke von einem Zeitpunkt, z. B. der Vorderflanke des Impulses PFG, und an seiner Rückflanke von dem Zeitpunkt des Äquivalenzausgangsimpulses PES bestimmt wird. Das Flip-Flop 71C erzeugt ein Impulsbreitenmodulationssignal PWC mit einer Folgefrequenz gleich der Frequenz Fl und einer Impulsbreite, die an seiner Vorderflanke vom Zeitpunkt z. B. der Anstiegsflanke des Impulses PFG und an s einer Rückflanke vom Zeitpunkt des Äquivalenzausgangs— impulses PEC bestimmt wird.

Die Anzahl der Impulse PO des Oszillators 72, die vom Zähler 73 vom Auftreten jedes Impulses Pl an bis zum Auftreten der Äquivalenzausgangsimpulse PES und PEC gezählt wird, wird von den digitalen Informationsdaten bestimmt, die von den ROMs 21 und 31 ausgelesen werden. Die Breite jedes Impulses der Signale PWS und PWC im Intervall eines vollständigen Zyklus des Impulses PFG ist den digitalen Informationsdaten proportional, die von den ROMs 21 und 31 ausgelesen werden, und damit dem jeweiligen Abtastpegel der Wellenformen der Figuren 6A und 6B. Da die in den ROMs 21 und 31 gespeicherten Informationsdaten nur für eine Halbperiode einer Sinuswelle gelten, wiederholen die Impulsbreitenmodulationssignale PWS und PWC das gleiche Signal bei jeder Hallperiode, wie die Fig. 7G und 7L zeigen. Die Signale PWS und PWC stellen daher vollweggleichgerichtete Sinuswellen statt Sinuswellen dar.

Bei der Ausfühxingsform der Fig. 5 sind Schalter 55 und 65 verwendet, um die Signale PWS und PWC jeweils auf die Impulssteuerkreise 80 und 90 zu geben, die den

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Statorwicklungen 4 und 5 zugeordnet sind. Um die Schalter 55 und 56 synchron mit dem Magnetfeld EHS (Fig. 7C) und dem Magnetfeld EHC (Fig. 7J) zu steuern, werden die Ausgangssignale SWS und SWC der Flip-Flops 56 und 66 über ODER-Glieder 54 und 64 als Schaltsignale für die Schalter 55 und 65 übertragen. Das Flip-Flop 56 wird von einem Übertragimpuls CA (Fig. 7H) getriggert, der vom Zähler 22 ausgeht, wenn dieser den Zählstand "63" erreicht und auf "0" zurückkehrt, während das Flip-Flop 66 von einem Impuls P 32 (Fig. 7M) getriggert wird, der vom Zähler 32 jedes Mal ausgeht, wenn dieser bis "32" zählt. Der Übertragimpuls CA und der Impuls P32 erscheinen damit zu Zeitpunkten entsprechend den Nulldurchgängen der sinusförmigen Magnetfelder EHS und EHC, die auf die Statorwicklungen 4 und 5 bei jeder Hallperiode der sinusförmigen Magnetfelder gegeben werden. Wie später näher beschrieben wird, werden beim Übergang vom Startzustand des Motors zum normalen Drehzustand die Flip-Flops 56 und 66 zurückgestellt, um ihre jeweiligen Ausgangssignale SWS (Fig. 71) und 7WC (Fig. 7N) auf den Pegel "1" zu bringen. Danach werden die Flip-Flops 56 und 66 von jedem Übertragimpuls CA bzw. Impuls P32 getriggert, um die jeweiligen Ausgangssignale SWS und SWC zu invertieren. Sobald der normale Drehzustand des Motors erreicht ist, werden die Ausgangssignale SWS bzw. SWC bei jedem Triggern des FlipFlops 66 durch den Impuls P32 vom Pegel "1" auf "0" oder vom Pegel "0" auf "1" invertiefct. Beim normalen Drehzustand des Motors ist das Ausgangssignal SWS des Flip-Flops 56 während jeder positiven Hallperiode des Magnetfeldes EHS auf dem-Pegel 1 und wird während jeder negativen Hallperiode dieses Magnetfeldes auf den Pegel 0 geändert. In gleicher Weise ist das Ausgangssignal SWC des Flip-Flops 66 während jeder positiven Hallperiode des Magnetfeldes EHC auf dem Pegel 1 und wird während jeder negativen Hallperiode dieses Magnetfeldes auf den Pegel 0 geändert.

Die Ausgangssignale SWS und SWC bringen, wenn sie auf die Schalter 55 und 65 über die ODER-Glieder 54 und 64 gegeben werden, die Schalter in die in durchgehenden Linien in Fig. 5 gezeigten Stellungen, wenn sie den Pegel 1 haben. Die Schalter 55 und 65 werden in die in unterbrochenen Linien in Fig. 5 gezeigten Stellungen geschaltet, wenn die Signale SWS und SWC auf den Pegel 0 geändert werden.

Der Impulssteuerkreis 80 hat Transistoren 81 und 82, deren Basen mit dem Kontakt a des Schalters 55 verbunden sind, sowie Transistoren 83 und 84, deren Basen in gleicher Weise mit dem Kontakt B des Schalters 55 verbunden sind. Die Kollektoren der Transistoren 81 und 83 sind mit einem Anschluß 87 verbunden, auf den eine positive Spannung gegeben wird, und die Emitter der Transistoren 82 und 84 liegen an Masse. Die Emitter der Transistoren 81 und 83 sind mit dem Kollektor des Transistors 84 bzw. 82 verbunden. Die Statorwicklung 4 ist mit einer Induktivität 85 in Reihe und mit einem Kondensator 86 parallel geschaltet; Diese Schaltung ist zwischen den verbundenen Emitter und Kollektor der Transistoren 81 und 84 und den verbundenen Emitter und Kollektor der Transistoren 83 und 82 geschaltet.

In gleicher Weise erhält der Impulssteuerkreis 90 Transistoren 91 und 92, deren Basen mit dem Kontakt a des Schalters 65 verbunden ist, und Transistoren 93 und 94, deren Basen mit dem Kontakt B des Schalters 65 verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren und 93 sind mit einem Anschluß 97 verbunden, dem eine positive Spannung zugeführt wird, während die Emitter der Transistoren 92 und 94 an Masse liegen. Die Emitter der Transistoren 91 und 93 sind mit den Kollektoren der

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Transistoren 94 und 92 verbunden. Die Statorwicklung 5 des Motors ist mit einer Induktivität 95 in Reihe und parallel zu einem Kondensator 96 geschaltet; diese Schaltung ist zwischen den verbundenen Emitter und Kollektor der Transistoren 91 und 94 und den verbundenen Emitter und Kollektor der Transistoren 93 und 92 geschaltet.

Wenn bei den beschriebenen Impulssteuerkreisen 80 und 90 die Schalter 55 und 65 in dem in durchgehenden Linien in Fig. 5 gezeigten Zustand sind, d. h., daß ihre Schaltkontakte an ihren Festkontakten A angreifen sind die Transistoren 81 und 82 im Kreis 80 und die Transistoren 91 und 92 im Kreis 90 während der Intervalle geöffnet, wenn die Ausgangs signale PWS und PWC der Flip-Flops 71S und 71C "1" sind. Wenn die Transistoren 81 und 82 geöffnet sind, fließt ein Steuerstrom vom Anschluß 87 über die Statorwicklung 4 in der durch den Pfeil AO in durchgehenden Linien in Fig. 5 angegebenen Richtung. Wenn die Transistoren 91 und 92 eingeschaltet sind, fließt in gleicher Weise ein Steuerstrom vom Anschluß 97 über die Statorwicklung 5 in Richtung des in durchgehenden Linien in Fig. 5 angegebenen Pfeils BO. Wenn die Schalter 55 und 65 in den in Fig. 5 in unterbrochenen Linien angegebenen Zustand geschaltet werden, d. h., daß ihre Schaltkontakte an den Festkontakten B angreifen, sind die Transistoren 83 und 84 im Kreis 80 und die Transistoren 93 und 94 im Kreis 90 während derjenigen Intervalle eingeschaltet, wenn die Ausgangssignale PWS und PWC der Flip-Flops.71S und 71C 1 sind. Wenn die Transistoren 83 und 84 somit eingeschaltet werden, fließt ein Steuerstrom vom Anschluß 87 über die Statorwicklung 4 in Richtung des in Fig. 5 in unterbrochenen Linien angegebenen Pfeils Al, und wenn die Transistoren 93 und 94 eingeschaltet werden, fließt in gleicher Weise

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ein Steuerstrom vom Anschluß 97 über die Statorwicklung 5 in Richtung des in Fig. 5 in unterbrochenen Linien angegebenen Pfeils Bl.

Wie zuvor erwähnt, sind im normalen Drehzustand des Motors die Ausgangssignale PWS und PWC der Flip-Flops 71S und 7 IC Impulsbreitenmodulationssignale entsprechend den in den ROMs 21 und 31 gespeicherten Daten. Aufgrund der beschriebenen Arbeitweise der Schalter 55 und 65 und der Impulssteuerkreise 80 und 90 wird den Statorwicklungen 4 und 5 das Äquivalent von im wesentlichen sinusförmigen Strömen zugeführt. Bei der Ausführungsform der Fig. 5 wirken die Induktivität 85 und der Kondensator 86 im Impulssteuerkreis 80, und die Induktivität 95 und der Kondensator 96 im Kreis 90 als Tiefpaßfilter zur Unterdrückung der AF-Komponenten der durch die Statorwicklungen 4 und 5 fließenden Ströme. Es wurde jedoch festgestellt, daß in der Praxis eine zufriedenstellende Arbeitweise des Motors selbst dann erreicht wird, wenn die Tiefpaß·*; filter weggelassen werden.

Da den Statorwicklungen 4 und 5 Steuerströme synchron mit den Magnetfeldern EHS und. EHC zugeführt werden, die auf den Rotormagneten 2 gegeben werden, werden die Bedingungen der Gleichung 7 zur Unterdrückung einer Drehmomentwell igkeit erfüllt, selbst wenn das Magnetfeld des Magneten 2 nicht genau sinusförmig ist, und selbst wenn die Hallelemente 6 und 7 unterschiedliche Empfindlichkeit haben. Da die Zähler 22 und 32 bei jeder Drehung des Rotors in Abhängigkeit von der Vorderflanke des Ausgangssignals CS4 des Flip-Flops 58 zurückgestellt werden, kann das Auftreten eines Zählfehlers im Zähler 22 und/oder im Zähler 32 während einer Drehung des Rotors in seiner Auswirkung auf eine Wellenverzerrung vernachlässigt werden, da eine neue Zählung am Beginn jeder Drehung anfängt.

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Bei der obigen Beschreibung der Arbeitweise des Motors mit dem Antriebskreis der Erfindung wurde angenommen, daß der Motor in seinem normalen Drehzustand ist, um das Signal FG des Frequenzgenerators 41 zu erzeugen. Wenn jedoch die Arbeitsweise des Motors beginnt, dreht sich der Rotor nicht, so daß das Signal FG vom Frequenzgenerator 41 nicht erzeugt werden kann, um das Auslesen aus den ROMs 21 und 31 zu veranlassen. Daher hat für den Startvorgang des Motors der Antriebskreis der Fig. 5 weiterhin einen Anschluß 101, der ein Signal des Pegels 1 nur während eines Intervalls erhält, wenn ein Startschalter (nicht gezeigt) von Hand gedruckt wird. Dieses Signal wird vom Anschluß 101 über ein ODER-Glied 1 oder 2 einem Schalter 103 zugeführt, um diesen von seinem normalen, in durchgehenden Linien gezeigten Zustand umzuschalten, der im in Fig. 5 in unterbrochenen Linien gezeigten aktiven Zustand über seinen Kontakt a eine Verbindung nach Masse herstellt und dessen Schaltkontakt am Kontakt B angreift, der mit der Spannungsquelle +B verbunden ist. In Abhängigkeit von dem manuellen Drücken des Startschalters wird ein Impuls SP (Fig. 7A), der auf den Pegel 1 steigt, vom Schalter 103 abgegeben und über ODER-Glieder 77S und 77C den Setzeingängen S der Flip-Flops 71S und 71C zugeführt.

Die Flip-Flops 71S und 71C werden somit durch manuelles Drücken des Startschalters gesetzt, und die Ausgangssignale PWS und PWC (Fig. 7G .und 7L) dieser Flip-Flops werden "1". Der Impuls SP des Schalters 103 wird auch dem Setzeingang S eines Flip-Flops 104 zugeführt, um dieses zu setzen und dadurch zu bewirken, daß sein Ausgangssignal SF (Fig. 7B) auf dem Pegel "1" steigt.

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Dieses Ausgangssignal SF wird auf die Sperrglieder 75S und 75C gegeben, um diese zu sperren, solange das Signal SF auf dem Pegel 1 ist, so daß keine Rückstellimpulse auf die Flip-Flops 71S und 71C gegeben werden können, solange das Signal SF 1' ist, und daher werden die Ausgangssignale PWS und PWC auf dem Pegel 1 gehalten.

Das Ausgangssignal LS (Fig. 7D) des Begrenzers 52 wird auf eine Torschaltung 53 gegeben, deren Ausgang mit dem ODER-Glied 54 verbunden ist. Das Hallelement 7, das das Magnetfeld EHC (Fig. 7J) des Rotormagneten 2 ermittelt, führt die ermittelte Spannung EC einem Begrenzer 62 zu, der ein Rechtecksignal LC (Fig. 7K) erzeugt, das auf eine Torschaltung 63 gegeben wird, deren Ausgang mit dem ODER-Glied 64 verbunden ist. Das Ausgangssignal FS des Flip-Flops wird auch als Torsteuersignal auf Torschaltungen 53 und 63 gegeben, so daß die Torschaltungen nur während des Intervalls geöffnet sind, wenn das Ausgangssignal SF des FlipFlops 104 1 ist. Während dieses Intervalls, wenn die Torschaltungen 53 und 63 offen sind, werden die Ausgangssignale LS und LC (Fig. 7D und 7K),der Begrenzer 52 und 62 über die Torschaltungen 53 und 63 und die ODER-Glieder 54 und 64 zu den Schalter 55 und 65 übertragen, um die selektive Umschaltung dieser Schaltkreise zu bewirken.

Die Signale LS und LC sind mit dem sinusförmigen Magnetfelder EHS und EHC synchronisiert, mit denen die Statorwicklungen 4 und 5 beaufschlagt werden. Jedes Intervall, in dem das Signal LS oder LC 1 ist, entspricht einer positiven Hallperiode des jeweiligen Magnetfeldes EHS oder EHC, und jedes Intervall, in dem das Signal LS oder LC "0" ist, entspricht einer negativen Hallperiode des jeweiligen Magnetfeldes EHS oder EHC. Da die Ausgangs-

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signale PWS und PWC der Flip-Flops 71S und 7IC während der Startperiode auf "1" gehalten werden, wie zuvor erwähnt wurde, ist während jedes Invervalls, in dem eine positive Hallperiode des sinusförmigen Magnetfeldes EHS auf die Statorwicklung 4 gegeben wird, der Schalter 55 in dem in Fig. 5 hindurchgehenden Linien gezeigten Zustand, und daher fließt ein konstanter Strom durch die Statorwicklung 4 in der durch den Pfeil AO angegebenen Richtung. In gleicher Weise ist während des Intervalls, in dem eine positive Hallperiode des sinusförmigen Magnetfeldes EHC auf die Statorwicklung 5 gegebenvird, der Schalter 65 in dem in durchgehenden Linien in Fig. 5 gezeigten Stellung, und daher fließt ein konstanter Strom durch die Statorwicklung 5 in Richtung des Pfeils BO. Während des Intervalls, in dem eine negative Hallperiode des sinusförmigen Magnetfeldes EHS auf die Statorwicklung gegeben wird, ist der Schalter 5 in dem in Fig. 5 in unterbrochenen Linien gezeigten Zustand geschaltet, so daß ein konstanter Strom durch die Statorwicklung 7 in Richtung des Pfeils Al fließt. Während des Intervalls, in dem eine negative Hallperiode des sinusförmigen Magnetfeldes EHC auf die Statorwicklung 5 gegeben wird, ist der Schalter 65 dagegen in den in unterbrochenen Linien gezeigten Zustand geschaltet, so daß ein konstanter Strom durch die Statorwicklung 5 in Richtung des Pfeils Bl fließt. Dadurch wird ein sogenannter Umschaltsteuerzustand für das Anlassen des Motors bewirkt. Das Ausgangsssignal SF des Flip-Flops 104 wird auf die Einschaltanschlüsse EN der Zähler 22 und 32 gegeben, um diese am Zählen zu hindern, solange das Ausgangssignal SF "1" ist. Während der Startperiode, in der das Ausgangssignal SF "l" ist, Zählen die Zähler 22 und 32 daher die Impulse PFG des Schmittriggers 43 nicht.

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Da die oben beschriebenen konstanten Ströme abwechselnd durch die Statorwicklungen 4 und 5 in der einen Richtung und dann in der anderen im Umschaltsteuerzustand fließen, beginnt der Rotor sich zu drehen. Wenn der Rotor die Drehwinkellage erreicht, bei der ein Nulldurchgang P mit ansteigendem Magnetfeld EHS das erstemal vom Hälelement 6 festgestellt wird, steigt das Ausgangssignal CS4 des Flip-Flops 58 auf den Pegel 1, auf den Zähler 22 und 32 auf das Flip-Flop 104 zurückzustellen, so daß das Ausgangssignal ^F "0" wird. Da das Ausgangssignal SF des Flip-Flops 104 auf "0" zurückkehrt, werden die Zähler 22 und 32 betätigt, um mit dem Zählen der Impulse PFG des Schmittriggers 43 zu beginnen. Der Zählvorgang der Zähler 22 und 32 bewirkt, daß diese Ausleseadressen für die ROMs 21 und 31 abgeben, damit die in jedem ROM gespeicherten Wellenform-Informationsdaten aufeinanderfolgend ausgelesen werden. Die Rückkehr des Ausgangssignals SF des Flip-Flops 104 auf "O¹¹ öffnet auch die Sperrglieder 75S und 75C, so daß die Äquivalenzimpulse PES und PEC als Rückstellimpulse für die Flip-Flops 71S und 71C durchlaufen können, worauf die Ausgangssignale PWS und PWC der Flip-Flops 71S und 71C Impulsbreitenmodulationssignale werden, wie zuvor für den normalen Drehzustand des Motors beschrieben wurde.

Die Rückkehr des Ausgangssignals SF des Flip-Flops auf "0" bewirkt auch, daß die Torschaltungen 53 und geschlossen werden, so daß danach die Schalter 55 und 63 von den Ausgangssignalen SWS und SWC der Flip-Flops 56 und 66 gesteuert werden. Das Ausgangssignal SF des Flip-Flops 104 wird auf die Rückstelleingänge R der Flip-Flops 56 und 66 gegeben, die von der Rückflanke

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des Ausgangs signals SF zurückgestellt werden. Wie die Figuren 71 und 7N zeigen, steigen damit die Ausgangssignale SWS und SEC auf "1" synchron mit dem Übergang des Ausgangssignals SF des Flip-Flops 104 von "1" auf "Q". Danach kehren, wie anhand des normalen Drehzustandes des Motors beschrieben wurde, die Flip-Flops 56 und ihre jeweiligen Ausgangssignale in Abhängigkeit von jedem Übertragimpuls CA des Zählers 22 und jedem Impuls. P32 des Zählers 32 um, so daß die Schalter 55 und 65 von den Ausgangssignalen SWS und SWC in Abhängigkeit von der Wirkung der Magnetfelder EHS und EHC an den Statorwicklungen 4 und 5 umgeschaltet werden. Die Umschaltung des Betriebs des Motors von seinem Startzustand in den normalen Drehzustand ist damit abgeschlossen.

Der Grund für die Verwendung der Ausgangssignale ES und EC der Hallelemente 6 und 7 zur Steuerung der Schalter

55 und 65 im Startzustand, und die nachfolgende Umschaltung auf die Ausgangssignale SWS und SWC der Flip-Flops 56 und 66 zur Steuerung der Schalter 55 und 65, wenn der normale Drehzustand des Motors erreicht wurde, liegt darin, sicherzustellen, daß . Signale mit höchstmöglicher Genauigkeit zur Steuerung der Schalter 55 und 65 im normalen Drehzustand des Motors verwendet werden und dadurch die normalen Dreheigenschaften des Motors verbessert werden. Wenn die Ausgangssignale LS und LC der Begrenzer 52 und 62 mit ausreichend hoher Genauigkeit erhalten werden, können diese Ausgangssignale zur Steuerung der Schalter 55 und 65 während der Startperiode und auch verwendet werden, wenn der Motor im normalen Drehzustand ist, d. h., die Flip-Flops

56 und 66 und die zugehörigen ODER-Glieder 54 und 64 können weggelassen, und direkte Verbindungen zwischen den

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Torschaltungen 53 und 63 bzv/. den Schaltern 55 und 65 können vorgesehen werden.

Wenn der Motor im normalen Drehzustand ist, wird eine externe Kraft zur Unterbrechung der Drehung des Rotors aufgebracht, der Impuls BFG wird nicht mehr vom Schmittrigger 43 erzeugt, und damit kann der normale Drehzustand des Motors nicht mehr andauern. Um die vorherige Situation zu verarbeiten, hat der Antriebskreis der Fig. 5 außerdem einen Geschwindigkeitsermittlungskreis 105, der mit dem Ausgang des Verstärkers 42 verbunden ist, um eine Spannung proportional der Frequenz des Signals FG des Frequenzgenerators 41 zu erzeugen. Die vom Kreis 105 erzeugte Spannung wird auf einem Pegeldetektor 106 gegeben, so daß, wenn die Drehgeschwindigkeit des Rotors auf einen bestimmten Wert verringert wird, der Pegeldetektor ein Signal 1 erzeugt, das über das ODER-Glied 102 auf den Schalter 103 gegeben wird, um diesen in den in unterbrochenen Linien gezeigten Zustand umzuschalten. Wie bei dem zurvor beschriebenen Anlaßvorgang wird daher ein Impuls SP mit dem- Pegel 1 vom Schalter 103 abgegeben, um die Flip-Flops 71S, 71C und 104 zu setzen, so daß Ströme durch die Statorwicklungen 4 und 5 wie bei dem anhand des Anlaßvorganges beschriebenen Umschaltsteuerzustand fließen. Wenn die Drehgeschwindigkeit des Rotors ausreichend erhöht ist, kehrt der Schalter 103 in den in durchgehenden Linien gezeigten Zustand zurück, und nach dem Rückstellen des Flip-Flops 104 wird der Umschaltsteuerzustand beim Anlassen beendet und die Drehung des Rotors im normalen Zustand fortgesetzt.

Der Antriebskreis des Motors ist außerdem so angepaßt, daß sich eine Drehgeschwindigkeitregelschaltung einfachen Aufbaus ergibt. Bei der Ausführungsform der Fig. 5 sind

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die Oszillatoren 72 und 76, die die Impulsbreitenmodulationssignale erzeugen, spannungsgesteuert bzw. haben veränderbare Frequenz, wie zuvor erwähnt, und das Signal FG des Frequenzgenerators 41 wird vom Verstärker 42 verstärkt auf einen Frequenz-/Spannungswandler 78 gegeben, um eine Spannung SVp zu erzeugen, die sich mit der Drehgeschwindigkeit des Rotors ändert. Die Spannung SVO wird auf einen Oszillator 72 veränderbarer Frequenz gegeben, um dessen Schwingungsfrequenz zu ändern. Wenn die Frequenz des Ausgangssignals PO des Oszillators 72 geändert wird, werden die Zeiten, die der Zähler 73 zum Zählen der Anzahl der Impulse bzw. Perioden des Signals PO entsprechend den digitalen Informationsdaten benötigt, die dann aus den ROMs 21 und 31 ausgelesen werden, geändert, um die Zeitpunkte entsprechend zu ändern, zu denen die Äquivalenzimpulse PES und PEC von den Komparatoren 74S und 74C erzeugt werden. Die einzelnen Impulsbreiten der Impulsbreitenmodulationssignale PWS und PWC für jeden Zyklus des Impulses PFG werden damit geändert, und damit wird auch das erzeugte Drehmoment geändert.

Wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors den vorbestimmten bzw. normalen Wert überschreitet, wird die Frequenz des Signals FG erhöht, und die Ausgangsspannung SVO des Wandlers 78 wird damit entsprechend erhöht, um die Schwingungsfrequenz des Oszillators 72 zu erhöhen. Die Impulsbreiten der Signale PWS und PWC werden daher verringert, und die Drehgeschwindigkeit wird auf den vorbestimmten bzw. normalen Wert verringert. Wenn dagegen die Drehgeschwindigkeit des Motors unter deri vorbestimmten bzw. normalen Wert fällt, wird die Schwingungsfrequenz des Oszillators 72 verringert, und die Impulsbreiten der Signale PWS und PWC werden erhöht, so daß die Drehgeschwindigkeit des. Rotors in Richtung auf den vorbestimmten Wert

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erhöht wird. Damit kann eine Geschwindigkeitsregelung nur durch Steuerung der Frequenz des Oszillators 72 erreicht werden.

Um die Regelverstärkung zu erhöhen und dadurch ein schnelles Ansprechen auf jede Abweichung von der vorbestimmten Geschwindigkeit zu erreichen, wird die Ausgangsspannung SVO des Wandlers 78 vorzugsweise auch über einen Inverter 79 dem Oszillator 76 zugeführt, um dessen Frequenz differenziell bezüglich der Steuerung des Oszillators 72 zu steuern. Wenn daher die Geschwindigkeit des Motors den vorbestimmten Wert überschreitet, wird die Schwingungsfrequenz des Oszillators 76 verringert, um die Anzahl der Impuls der Signale PWS und PWC innerhalb jedes Zyklus des Impulses PFG zu verringern, so daß die Geschwindigkeit des Motors dadurch verringert wird. Wenn dagegen die Geschwindigkeit des Motors den vorbestimmten Wert unterschreitet, wird die Schwingungsfrequenz des Oszillators 76 erhöht, um die Anzahl der Impulse der Signale PWS und PWC in jedem Zyklus des Impulses FG zu erhöhen, so daß die Drehgeschwindigkeit des Motors in Richtung auf den normalen Wert verringert wird.

Da die Impulsbreite und die Anzahl der Impulse der Signale PWS und PWC in jedem Zyklus des Impulses PFG, der die Auslesegeschwindigkeit der ROMs 21 und bestimmt, durch das Geschwindigkeitsregelsignal SVO differenziell geändert werden; wird eine relativ hohe Regelverstärkung erzielt, und ein·rasches Ansprechen auf jede Abweichung der Drehgeschwindigkeit von dem vorbestimmten Wert wird erreicht.

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Bed der Ausführungsfbrm der Fig. 5 werden die Äquivalenzausgangsimpulse PES und PEG der Komparatoren 74 S und 7C zur Bestimmung der einzelnen Impulsbreiten der Signale PWS und PWC auf der Grundlage der Vergleiche des Ausgangssignals des Zählers 73 mit den Informationsdaten verwendet, die von den ROMs 21 und 31 ausgelesen werden. Ähnliche Impulsbreitenmodulationssignale PWS und PWC können jedoch allein aus den ZählerausgangsSignalen ohne Verwendung der Komparatoren 74S und 74C erzeugt werden.

Wie Fig. 9 zeigt, in der die gleichen Bauelemente wie in Fig. 5 mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, werden die aus dem ROM 21 ausgelesenen Informationsdaten in einem Zähler 73S in Abhängigkeit von einem Ausgangsimpuls Pl des Oszillators 76 voreingestellt. Der Zähler 73S ist ein Rückwärtszähler, d. h., das Ausgangssignal PO des Oszillators 72 wird im Zähler 73S von dem darin voreingetellten Wert, der den aus dem ROM 21 ausgelesenen Daten entspricht, zurückgezählt. Wenn der Inhalt des Zählers 73S auf "0" zurückgezählt worden ist, so daß alle Bits im Ausgangssignal des Zählers "0" sind, erzeugt ein Nulldetektor 79S eine Ausgangsimpuls-ZP, der auf den Rückstelleingang R des Flip-Flops 71S gegeben wird, um dieses zurückzustellen. Der Ausgangsimpuls ZP des Detektors 79S entspricht dem Äquivalenzausgangsimpuls PES des Komparators 74S in Fig. 5. Dies bedeutet, daß das Rückwärtszählen auf 0 von dem Wert der aus dem ROM 21 ausgelesenen Daten, wie bei der Ausführungsform der Fig. 9, und das Vorwärtszählen von 0 auf den vom ROM 21 ausgelesenen Wert, wie bei der Fig. 5, einander entsprechen, so daß das Flip-Flop 71S in Fig. 9 das gleiche Impulsbreitenmodulationssignal PWS wie das Flip-Flop 71 in Fig. 5 erzeugt. Fig. 9 zeigt nur die

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für die Sinusphase vorgesehene Anordnung ; eine ähnliche Anordnung ist für die sogenannte Cosinusphase vorgesehen und enthält in gleicher Weise einen Zähler entsprechend dem erläuterten Zähler 73S und einen Nulldetektor entsprechend dem Kreis 79S der Fig. 9. Abgesehen von den Änderungen der Art, in der die Flip-Flops 71S und 71C zurückgestellt werden, um die Impulsbreiten der Signale PWS und PWC zu bestimmen, kann die Ausführungsform der Fig. 9 die gleiche sein und alle zuvor beschriebenen Merkmale der Ausführungsform der Fig. 5 aufweisen.

In Abwandlung von der an Hand der Fig. 9 beschriebenen Ausführungsform werden die Komplemente von 1 der aus den ROMs 21 und 31 ausgelesenen Daten im Zähler 73S und dem entsprechenden Zähler für die Cosinusphase voreingestellt, die in diesem Falle das Ausgangssignal des Zählers 72 vorwärtszählen, und wenn alle Bits des Zähleraus gangssignals 1 werden, wird das Flip-Flop 71S bzw. 71C zurückgestellt.

Bei allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind die in den ROMs 21 und 31 gespeicherten Sinusinformationsdaten frei von Verzerrung und werden durch das mit der Drehung des Motors synchronisierte Signal PFG synchron mit dem Magnetfeld des Magneten 2, das vom Hallelement ermittelt wird, ausgelesen, und die ausgelesenen Informationsdaten werden zur Erzeugung der durch die Statorwicklungen 4 und 5 fließenden Ströme verwendet. Diese Antriebskreise für bürstenlose Gleichstrommotoren vermeiden daher eine. Drehmomentwelligkeit, die aufgrund der Differenz zwischen der Verstärkung bzw. Empfindlichkeit zweier Hallelemente, die zur Ermittlung des Rotormagnetfeldes verwendet werden, und/oder aufgrund einer Gleichspannungsverschiebung auftreten. Selbst wenn das

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Magnetfeld des Magneten 2 nicht genau sinusförmig ist, werden die durch die Statorwicklungen 4 und 5 eines Motors mit dem Antriebskreis der Erfindung fließenden Ströme nicht beeinträchtigt.

Im jedem Antriebskreis eines bürstenlosen Gleichstrommotors gemäß der Erfindung werden die Informationsdaten, die aus dem Speicher, d. h. aus den ROMs und 31, ausgelesen werden, nicht in entsprechende Analogsignale umgewandelt, sondern werden digital verarbeitet, um die Impulsbreiten der die durch die Statorwicklung fließenden Ströme bestimmenden Impulsbreitenmodulationssignale zu steuern. Nach dem Auslesen der Daten aus dem Speicher kann an keiner Stelle des Antriebskreises eine Gleichspannungsverschiebung oder dergleichen erzeugt werden, so daß die konstante Drehung des Rotors ohne Drehmomentwelligkeit erreicht wird.

Da die Statorwicklungen von den Stromimpulsen im normalen Drehzustand angesteuert werden, können die letzten Stufen des Antriebskreises, wie die Stufen 80 und 90, von einer einzigen Spannungsquelle gespeist werden, was von Vorteil ist, wenn, wie bei einem tragbaren Gerät, eine Batterie als Spannungsquelle verwendet wird.

Bei den erläuterten Ausführungsformen wird die Folgefrequenz der Signale PWS und PWC vom Ausgangssignal des Oszillators 76 bestimmt und so gewählt, daß sie außerhalb des Tonfrequenzbereiches liegt und damit das Problem der Geräuscherzeugung aufgrund des Motorantriebskreises wie z. B. bei einem Platten- oder Bandgerät nicht auftritt. Die Vermeidung der Geräusch-

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erzeugung würde nicht erreicht werden, wenn z. B. der Impuls PFG statt des Ausgangssignales Pl des Oszillators 76 zur Bestimmung der Folgefrequenz der Impulsbreitenmodulationssignale verwendet werden würde. Wenn z. B. das Flip-Flop 71S vom Impuls PFG gesetzt und vom Ausgangssignal des Komparators 74S (Fig. 5) oder dem Ausgangssignal des Nulldetektors 79S (Fig. 9) zurückgestellt wurde, wäre die Folgefrequenz der sich ergebenden Signale PWS gleich der Frequenz des Impuls PFG. Wenn in diesem Falle der Motor zum Antrieb des Drehtellers eines Schallplattenspielers verwendet und' der Frequenzgenerator 41 so ausgelegt wird, daß er 512 Impulse bei jeder Drehung des Rotors und damit des Plattentellers erzeugt, beträgt die Frequenz des Impulses PFG etwa 300 Hz für eine Plattentellergeschwindigkeit von 33 1/3 Umdrehungen/Minute. In diesem Falle liegt die Folgefrequenz jedes Impülsbreitenmodulationssignals im Tonfrequenzbereich, und der Antrieb des Plattentellers durch Impulse dieser Frequenz kann zu einer unerwünschten Störsignalerzeugung führen. Wie zuvor erläutert, bestimmt jedoch das Signal Pl des Oszillators 76 die Folgefrequenz der Impulsbreitenmodulationssignale, die außerhalb des Tonfrequenzbereiches gewählt wird, so daß die erwähnte Störsignalerzeugung nicht auftreten kann. Das Servosignal SVO kann außerdem zur Steuerung der Frequenz des Oszillators 72 verwendet werden, um die Impulsbreiten der Impulsbreitenmodulationssignale zu ändern und auch die Frequenz des Oszillators 76 zu steuern, um die Folgefrequenz der Modulationssignale zu bestimmen, so daß eine relativ, hohe Regelverstärkung erreicht und die Geschwindigkeitsregelung eine verbesserte Ansprechkennlinie hat.

130Ö23/0657 .

Der durch die Statorwicklungen 4 und 5 fließende Strom wird mit dem Magnetfeld des Rotormagneten 2 durch das Hallelement 6 synchronisiert, das dieses Magnetfeld ermittelt. Eine ähnliche Synchronisierung kann jedoch z. B. durch einen zusätzlichen Permanentmagneten erreicht werden, der an einer bestimmten Stelle des Rotorjochs 3 befestigt ist, um als Drehstellungsmarkierung zu wirken; die Lage dieses zusätzlichen Magnet kann z. B. durch ein Hallelement ermittelt werden, dessen Ausgangssignal ähnlich dem Ausgangssignal ES des Elements 6 verwendet wird, um die gewünschte Synchronisierung zu erreichen.

Bei den erläuterten Impulsteuerkreisen 80 und 90, die den Statorwicklungen 4 und 5 zugeordnet sind, sind unterschiedliche Stromwege wie bei AO und Al und bei BO und Bl vorgesehen, um die Richtung der durch de Statorwicklung fließenden Ströme zu ändern. Die Änderung der Richtung der durch die Statorwicklungen fließenden Ströme kann jedoch auch durch Umkehr der Anschlüsse der Wicklungen erreicht werden, d. h. durch Umkehr der Start- und Stopenden der Wicklungen.

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Claims

3Q44062

It 4866

Sony Corporation
7-35, Kitashinagawa,
6-chome, Shinagawa-ku,
Tokyo, Japan

Gleichstrommotor

Patentansprüche:

/ 1.jBürstenloser Gleichstrommotor, bestehend aus einem

^ ^/ Rotor mit einem Rotormagneten zur Erzeugung eines

sinusförmigen Magnetfeldes, und einem Stator mit Zweiphasenstatorwicklungen, die um einen elektrischen Winkel, der ein ungeradzahliges Vielfaches von 90° ist, gegeneinander versetzt sind, gekennzeichnet, durch einen Antriebskreis mit einem Signalgenerator zur Erzeugung eines Ausgangssignales mit einer Frequenz, die von der Geschwindigkeit der relativen Drehung zwischen Rotor und Stator bestimmt wird, einer Speichereinrichtung zur Speicherung von Informationsdaten, die die jeeweiligen abgetasteten Werte bestimmter Sinuswellenformen darstellen, einer auf das Ausgangssignal des Signalgenerators ansprechenden Einrichtung, um diese Informationsdaten aus der Speichereinrichtung auszulesen, einer Einrichtung zur Synchronisierung des Auslesens der Informationsdaten mit der

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ORIGINAL INSPECTED

304406

Beeinflussung des sinusförmigen Magnetfeldes an den Statorwicklungen, einer Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Ströme in den Statorwicklungen, die mit dem Magnetfeld zusammenwirken, um ein Drehmoment zur relativen Drehung zwischen Rotor und Stator zu erzeugen, und einer Einrichtung, die auch die aus der Speichereinrichtung ausgelesenen Informationsdaten anspricht, um die elektrischen Ströme so zu steuern, daß eine Drehmomentwelligkext im wesentlichen vermieden wird.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationsdaten in digitaler Form in der Speichereinrichtung an Adressen entsprechend Teilen längs der Wellenformen gespeichert werden, an denen die jeweiligen abgetasteten Werte aufgenommen werden, und daß die Einrichtung zum Auslesen der Informationsdaten einen Generator zur Erzeugung von Impulsen entsprechend dem Ausgangs signal des Signalgenerators und einen Zähler aufweist, der die Impulse zählt und Zählausgangssignale abgibt, die die Adressen aufeinanderfolgend für das Auslesen der Informationsdaten bezeichnet.
3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichn e t , daß die Einrichtung zum Synchronisieren des Auslesens der Informationsdaten eine auf das sinusförmige Magnetfeld ansprechende Schaltung zur Erzeugung eines Rückstellsignals aufweist, um den Zähler zurückzustellen, wenn das vom Rotormagneten erzeugte Magnetfeld eine bestimmte Drehlage bezüglich der Statorwicklungen hat.

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4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltung zur Erzeugung des Rückstellsignals ein Hallelement aufweist, das relativ zu^>;den Statorwicklungen angeordnet ist, um ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von dem sinusförmigen Magnetfeld zu erzeugen, SDwie ein auf das Ausgangssignal des Hallelements ansprechendes Flip-Flop, um das Rückstellsignals in der vorbestimmten Drehlage zu erzeugen.
5. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung der elektrischen Ströme in den Statorwicklungen eine Schaltung zur Umkehrung der Richtung der Ströme durch die Statorwicklungen bei jedem Übergang zwischen positiven und negativen Halbperioden des sinusförmigen Magnetfeldes, das auf die jeweiligen Statorwicklungen gegeben wird, aufweist.
6. Motor nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zei chnet, daß die in digitaler Form in der Speichereinrichtung an Adressen entsprechend Stellen längs der Halbperioden der Wellenformen, an denen die jeweiligen abgetasteten Werte aufgenommen werden, gespeichert werden, daß die Einrichtung zum Auslesen der Informationsdaten eine auf das Ausgangssignal des Signalgenerators zur·-Erzeugung von Impulsen mit einer Rate entsprechend der, mit der der die Adressen aufeinanderfolgend bezeichnet werden, und eine Zähleinrichtung zum Zählen der Impulse aufweist, um Zählausgangssignale zu erzeugen, die die Adressen aufeinanderfolgend zum Auslesen der Informationsdaten und zur Abgabe von Umschaltimpulsen bezeichnen, wenn

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-A-

die Werte der Zählausgangssignale Adressen in der Speichereinrichtung entsprechen, an denen abgetastete Werte gespeichert sind, die an Nulldurchgängen der jeweiligen Wellenform aufgenommen werden, und daß die Einrichtung zur Umkehr der Richtung der Ströme eine Schaltanordnung mit einem ersten und einem zweiten Zustand entsprechend der ersten und zweiten Richtung der Ströme und eine die Schalter zwischen dem ersten und zweiten Zustand in Abhängigkeit von den Umschaltimpulsen umschaltende Einrichtung aufweist.
7. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das ungeradzahlige Vielfache (1) ist, so daß der elektrische Winkel 90 beträgt, daß die Speichereinrichtung einen ersten und zweiten Speicher mit gleicher Anzahl von Adressen aufweist, wobei die Informationsdaten an entsprechenden Adressen des ersten und zweiten Speichers entsprechend Stellen gespeichert werden, die um 90° längs der jeweiligen Halbperioden der Wellenformen'phasenverschoben sind, und daß die Zähleinrichtung einen'ersten und zweiten Zähler aufweist, von denen jeder die Impulse zählt und Zählausgangssignale zur Bezeichnung der Adressen des ersten und zweiten Speichers erzeugt, wobei der erste Zähler einen Übertragimpuls als Umschaltimpuls abgibt, wenn das Zählausgangssignal des ersten Zählers seinen Maximalwert erreicht, und der zweite Zähler den jeweiligen Umschaltimpuls abgibt, wenn das Zählausgangssignal den halben Maximalwert hat.

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8. Motor nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η -

ze i c h η e t, daß die Einrichtung zur Steuerung der elektrischen Ströme einen ersten Oszillator mit einem Ausgangssignal, dessen Frequenz höher als die Frequenz des Signalgenerators ist, einen zweiten Oszillator mit einem Ausgangssignal, dessen Frequenz wesentlich höher als die Frequenz des ersten Oszillators ist, eine Zähleinrichtung zum Zählendes Ausangssignals des zweiten Oszillators, die vom Ausgangssignal des ersten Oszillators zurückgestellt wird, ein erstes und zweites Flip-Flop, die jeweils vom Ausgangssignal des ersten Oszillators gesetzt werden, und eine Einrichtung zum Zurückstellen des ersten und zweiten-Flip-Flops aufweist, wenn das Ausgangssignal des zweiten Oszillators von der Zähleinrichtung bis zu einem Wert gezählt wird, der von den aus dem ersten und zweiten Speicher ausgelesenen Daten be-" stimmt ist, so daß das erste und -zweite Flip-Flop erste und zweite Impulsbreitenmodulationssignale mit einer Folgefrequenz erzeugt, die vom ersten Oszillator bestimmt ist, wobei das ersten und zweite Modulationssignal über die Schalteinrichtung auf die Einrichung zur Erzeugung der elektrischen Ströme gegeben wird, um diese zu steuern, wenn sie den Zweiphasenstatorwicklungen zugeführt werden.
9. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Frequenz des ersten und zweiten Oszillators veränderbar ist, und daß eine Regelschaltung vorgesehen ist, die auf Abweichungen der Geschwindigkeit der relativen Drehung von einem ersten Wert anspricht, um die Schwingungsfrequenzen des ersten und zweiten Oszillators differenziell zu ändern.

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10. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Zurückstellen des ersten und zweiten Flip-Flops einen ersten und zweiten digitalen Komparator aufweist, von denen jeder das Zählausgangssignal der Schwingungszähleinrichtung erhält, daß der erste Digitalkomparator das Zählausgangssignal der Schwingungszähleinrichtung mit den aus den ersten Speicher ausgelesenen Informationsdaten vergleicht und bei Koinzedenz ein Rückstellsignal auf das erste Flip-Flop gibt, und daß der zweite Komparator das Zählausgangssignal der Schwingungszähleinrichtung mit dem aus dem zweiten Speicher ausgelesenen Daten vergleicht und bei Koinzedenz ein Rückstellsignal auf das zweite Flip-Flop gibt.
11. Motor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungszähleinrichtung einen ersten und zweiten Rückwärtszähler aufweist, in die die aus dem ersten und zweiten Zähler ausgelesenen Daten gegeben werden und die das Ausgangssignal des zweiten Oszillators von den eingegebenen Daten rückwärtszählen, und daß die Rückstelleinrichtung des ersten ■ und zweiten Flip-Flops einen ersten und zweiten Nulldetektor aufweist, der Rückstellsignale auf das erste und zweite Flip-Flop gibt, wenn der erste und zweite Zähler die eingegebenen Daten auf Null zählen.
12. Motor nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

ζ ei c h η e t , daß die Einrichtung zur Steuerung der elektrischen Ströme einen ersten Oszillator aufweist, dessen Ausgangssignal eine Frequenz hat, die höher als die Frequenz des Signalgenerators ist, einen zweiten Oszillator mit einem Ausgangssignal, dessen Frequenz wesentlich höher als die Frequenz des ersten Oszillators

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ist, eine Zähleinrichtung zum Zählen des Ausgangssignals des zweiten Oszillators, die vom Ausgangssignal des ersten Oszillators zurückgestellt wird, eine Flip-Flop-Anordnung, die vom Ausgangssignal des ersten Oszillators gesetzt wird, und eine Einrichtung zum zurückstellen der Flip-Flop-Anordnung, wenn das Ausgangssignal abs zweiten Oszillators von der Zähleinrichtung auf einen Wert gezählt wird, der von den aus der Speichereinrichtung gelesenen Daten bestimmt ist, so daß die Flip-Flop-Anordnung Impulsbreitenmodulationssignale mit einer vom ersten Oszillator bestimmten Folgefrequenz bestimmt, und daß die Einrichtung zur Erzeugung der elektrischen Ströme einen Impulssteuerkreis aufweist, der von den Impulsbreitenmodulationssignalen steuerbar ist.
13. Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des ersten und zweiten Oszillators veränderbar ist, und daß eine Regelschaltung vorgesehen ist, die auf Abweichungen der Geschwindigkeit der relativen Drehung von einem ersten Wert anspricht, um die Schwingungsfrequenzen des ersten und zweiten Oszillators differenziell zu ändern.
14. Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dLe Rückstelleinrichtung der Flip-Flop-Anordnung einen Komparator aufweist, der das Zählausgangssignal der Zähleinrichtung empfängt und es mit den aus der Speichereinrichtung ausgelesenen Daten vergleicht und bei Koinzedenz ein Rucksteilsignal auf die Flip-Flop-Anordnung gibt.

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15. Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die aus der Speichereinrichtung ausgelesenen Daten in die Zähleinrichtung eingegeben werden, die das Ausgangssignal des zweiten Oszillators von den eingegebenen Daten zurückzählt, und daß die Einrichtung zum Zurückstellen der Flip-Flop-Anordnung einen Nulldetektor aufweist, der ein Rückstellsignal auf die Flip-Flop-Anordnung gibt, wenn die Zähleinrichtung die eingegebenen Daten auf Null zählt.
16. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die aus der Speichereinrichtung ausgele'senen Informationsdaten ansprechende Einrichtung eine Schaltung zur Erzeugung eines Impulsbreitenmodulationssignals aufweist, das aus einer Folge von Impulsen besteht, deren Impulsbreiten entsprechend den aus der Speichereinrichtung ausgelesenen Daten moduliert sind, und daß die elektrischen Ströme-auf das Modulationssignal ansprechen.
17. Motor nach Anspruch 16, gekennzeichnet, durch eine auf den Beginn des Betriebs des Motors ansprechende Einrichtung, um die Erzeugung des Modulationssignals zu unterbrechen und es durch ein konstantes Signal zu ers.etzen, das in der Einrichtung zur Erzeugung der elektrischen Ströme im wesentlichen konstante Ströme bewirkt, die durch die Statorwicklungen in abwechselnden Richtungen fließen.

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18. Motor nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die die Erzeugung des Modulationssignals wieder veranlaßt, wenn die Geschwindigkeit der relativen Drehung einen bestimmten Viert erreicht und das sinusförmige Magnetfeld in einer bestimmten Lage bezüglich der Statorwicklungen ist.
19. Motor nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Signalgenerators arbeitende Einrichtung, wenn die Geschwindigkeit der relativen Drehung unter einen bestimmten Wert fällt, um die Erzeugung des Modulationssignals zu unterbrechen und dieses durch ein konstantes Signal zu ersetzen, das in der Einrichtung zur Erzeugung der elektrischen Ströme im wesentlichen konstante Ströme bewirkt, die in abwechselnden Richtungen durch die Statorwicklungen fließen, und eine Einrichtung, die die Erzeugung des Modulationssignals wieder veranlaßt, wenn die Geschwindigkeit der relativen Drehung wieder den vorbestimmten Wert überschreitet und das sinusförmige Magnetfeld in einer bestimmten Lage bezüglich der Statorwicklungen ist.

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