DE3140034A1

DE3140034A1 - "elektromechanischer energieumwandler"

Info

Publication number: DE3140034A1
Application number: DE19813140034
Authority: DE
Inventors: Roger B. 24141 Radford Va. Bross; Lawrence W. 24073 Christiansburg Va. Langley
Original assignee: Kollmorgen Technologies Corp
Current assignee: Kollmorgen Corp
Priority date: 1980-10-28
Filing date: 1981-10-05
Publication date: 1982-05-06
Also published as: GB2088143B; SE456383B; FR2493059B1; DE3140034C2; GB2088143A; CA1184596A; US4434389A; SE8106338L; FR2493059A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektromechanischen Energieumwandlung und genauer einen Motor, der mit einer Anzahl von voneinander unabhängigen Wicklungen versehen ist, die eine kontinuierliche Arbeitsfolge auch für den Fall sicherstellen, daß in einer der Wicklungen oder in dem die Wicklungen speisenden Versorgungsstromkreis ein Fehler auftritt.

Elektromotoren finden vielseitige Verwendung, angefangen von Spielzeugmotoren bis zum Einstellen des Leitwerkes von Flugzeugen. Soll ein Elektromotor derart kritische ' Aufgaben erfüllen, ist seine Zuverlässigkeit von allergrößter Bedeutung.

In der Vergangenheit wurde die Zuverlässigkeit von mit Elektromotoren betriebenen Geräten dadurch' verbessert, daß zwei oder mehrere Motoren auf einer gemeinsamen Welle angeordnet wurden, oder daß eine Vielzahl von Motoren über ein Differentialgetriebe miteinander verbunden war, um sicherzustellen, daß - sollte ein Motor ausfallen noch ein oder mehrere zusätzliche Motoren mit der Last verbunden waren, wodurch die Antriebsfunktion sichergestellt wurde.

Der Nachteil der oben beschriebenen Anordnungen liegt darin, daß mehrere Motoren sowie deren mechanische Kopplung untereinander viel Platz erfordert. In einigen Anwendungsbereichen ist die Verwendung mehrerer Motoren wegen.dieses erhöhten Platzbedar.Cs nicht möglich. Bei der Steuerung von Flugzeug-Leitwerken ist die Verwendung mehrerer Motoren nicht nur aus Platzmangel, sondern auch wegen des zusätzlichen Gewichtes ausgeschlossen.

Diese Schwierigkeiten worden durch den erfindungügemSßtin Energieumwandler 'überwunden. Darüberhinaus weist die mit zusätzlichen, voneinander unabhängigen Wicklungssätzen versehene erfindungsgemäße Vorrichtung noch weitere Vorteile auf. Entsprechend der vorliegenden Erfindung besitzt die Vorrichtung einen Elektromotor mit einer Vielzahl von Ersatzwicklungssätzen. Die Umschaltung der Ströme in den einzelnen Wicklungen jedes Wicklungssatzes kann mechanisch durch eine Kommutatoranordnung oder elektronisch

durch eine Kommutatorschaltung bewirkt werden, wie beispielsweise in einem bürstenlosen Gleichstrommotor. Bei elektronischer Kommutation besitzt jeder Wicklungssatz einen eigenen Kommutator-Stromkreis. Die Kommutator-Stromkreise sind elektrisch isoliert und werden unabhängig voneinander mit Strom versorgt. Die Feststellung der relativen Position der beweglichen und der stationären Bauteile des Motors zueinander erfolgt durch Positions-Meßeinrichtungen, wie beispielsweise Hall-Generatoren, die unabhängig voneinander mit den entsprechenden Kommutator-Schaltkreisen verbunden sind.

Da jeder Motor auch als Generator verwendet werden kann, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zur Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie verwendet werden.

In einem solchen Fall gewährleistet die erfindungsgemäße Vorrichtung die Versorgung mehrerer Stromkreise. Beim Ausfall eines Stromkreises wird der Energiefluß in den übrigen Stromkreisen nicht unterbrochen. Die Verwendung des erfindingsgemaßen Energieumwandlers in einem bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem permanentmagnetischen Läufer und einem gewickelten Stator mit zusätzlichen Wicklungssätzen stellt eine vorzugsweise Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung dar. Der Läufer besteht aus vier oder mehr magnetischen.Polstücken, wobei sich Nord- und Südpole abwechseln und gleichmäßig radial um die Läuferachse angeordnet sind. So beansprucht beispielsweise in einem 4-poligen Läufer ein Nord-Südpol-Paar (360 elektrische Grade) 180 mechanische Grade. Bei einem 6-poligen Läufer sind es pro Polpaar 120 mechanisehe Grade und bei einem 8-poligen--Läufer,- der vorzugsweise erfindungsgemäß verwendet wird, pro Polpaar 90 mechanische Grade.

Die Stator-Wicklungssätze sind ebenfalls gleichmäßig um den Läufer angeordnet, wobei in einem 4-poligen Motor zwei Wicklungssätze, in einem 6-ppligen Motor drei und in einem 8-poligen Motor vier Wicklurigssätze verwendet werden. Die Wicklungen eines jeden Satzes sind in üblicher

Weise entweder Y-, Delta- oder Stern-förmig miteinander verbunden, wobei die Y-Anordnung in einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung verwendet wird, während die Stern-förmige Anordnung für Vielphasen-Erregüng benutzt werden kann. Jede Kombination der Wicklungssätze kann für den erfindungsgemäßen Motor verwendet werden. Die einzelnen Wicklungssätze sind räumlich voneinander getrennt, um die gegenseitige Beeinflussung auf einen vernachlässigbaren Wert zu reduzieren.

Die mit den einzelnen Wicklungssätzen verbundenen Kommutatorschaltkreise können zur Erzielung eines maximalen Drehmomentes alle gleichzeitig eingesetzt werden; in diesem Fall wird durch den Ausfall eines oder mehrerer Strom-τ kreise das Drehmoment entsprechend verringert. Die Wicklungen bzw. Schaltkreise können aber auch als Ersatzglieder dienen und nur dann über einen Kontrollschaltkreis in Betrieb gesetzt werden, wenn dieser einen Ausfall einer Wicklung, eines Meßwertgebers oder eines Kommutator-Stromkreises feststellt.

Die Ströme in den einzelnen Wicklungen eines Statorwicklungssatzes werden so gesteuert, daß magnetische Feldvektoren entstehen, die sich in der gewünschten Läuferdrehrichtung bewegen. Feld- und Läuferrichtung werden mit Hilfe von Signalen der Positions-Meßwertgeber koordiniert»

Anhand der nachstehend beschriebenen Figuren werden noch weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung offenbar. Fig. 1 stellt einen erfindungsgemäßen elektromechanischen Energieumwandler mit zusätzlichen Wicklungseinheiten am Beispiel eines bürstenlosen Gleichstrommotors dar; die KommutatorSchaltkreise sind als Blöckdiagramm dagestellt. Fig..2 ist ein Schaltschema für eine Hälfte des Stators gemäß Fig. 1.
Fig.,3 ist eine schematische Darstellung des elektrischen SchaltSchemas für den in Fig. 1 dargestellten Motor, wobei einige Teile des Schaltkreises in Form eines Blockdiagramms dargestellt sind.

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung eines Schalters einer Brückenschaltung gemäß Fig. 3.

Fig. 5 ist eine Tabelle, die die Ausgänge eines Statorwicklungssatzes darstellt; die Bezeichnungen für die Ausgänge stimmen mit denen gemäß Fig. 2 und 3 überein.

Fig. 6 zeigt in grafischer Darstellung einen Satz Hall-Spannungen als gestrichelte Linie mit den entsprechenden EIN-AUS-Signalen, die dem Speicher in Fig. 3 zugeführt werden.
Im folgenden wird eine vorzugsweise Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Fig. 1 beschrieben. Die Vorrichtung zur umwandlung von elektrischer in mechanische Energie 20 weist einen Stator 22 mit einer Vielzahl von zusätzlichen Wicklungssätzen 24 auf. Der Motor 20 ist ein bürstenloser Gleichstrommotor mit vier Magnetpol-Paaren, wobei die Nord- bzw. Südpole mit N bzw. S bezeichnet sind und abwechselnd um den Läufer 26 angeordnet sind. Eine permanentmagnetische Scheibe 28 mit einer Magnetpol-Anordnung entsprechend der des Läufers ist mechanisch über eine Welle mit dem Läufer 26 verbunden, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet. Vier Sätze von Hall-Meßwertgebern 32 sind in gleichmäßigem Abstand um die Scheibe 28 angeordnet und dienen zur Feststellung des magnetischen Feldes der Scheibe 28 sowie der relativen Position von Läufer zu Stator. Die Mordpole sind in einem Winkel von 90°'zueinander und von 45° zu den benachbarten Südpolen angeordnet. Die Hall-Meßwertgeber 32 sind voneinander 30° entfernt und die Meßwertgeber-Sätze #1, #2 und #3 um 90° versetzt.

Die Rommutation der Ströme in den Wicklungen 24 erfolgt über die Kommutator-Stromkreise 34, die mit einem entsprechenden Satz von jeweils drei Meßwertgebern 32 verbunden sind. Ein getrennter Kommutator-Stromkreis 34 ist für jeden Satz von drei Wicklungen 24 vorgesehen, um beim Ausfall eines WicklungsSatzes die Statorarbeit fortsetzen zu können. Eine Steuereinheit 36 gibt Signale über die Leiter 38 auf die Kommutatorstromkreise 34 und bewirkt so

den gewünschten Statorstrom sowie die gewünschte Drehrichtung des Läufers 26. Jeder einzelne, aus je drei auf einem Kreissegment von 60° angeordneten Meßwertgebern 32 bestehende Satz ist mit einem Kommutations-Schaltkreis 34 verbunden. Die Signale der drei Meßwertgeber 32 in jedem Satz § 1, #2 oder #3 geben dem entsprechenden Kommutations-Schaltkreis #1, §2 oder #3 die Läuferposition an, was die Steuerung der Ströme in den entsprechenden Wicklungssätzen erleichtert. Die Verwendung von Hall-Meßwertgebern zur elektronischen Kommutation der Wicklungen 24 ist in den US-PS 3 783 359 und 4 086 519 beschrieben. In Fig. 4 sind die Wicklungssätze 24 voneinander getrennt angeordnet und gleichmäßig um den Stator des Motors 20 verteilt. Die Wicklungen 24 eines jeden Satzes sind untereinander in Y-Schaltung verbunden, wie schematisch im Schaltkreis 40 gezeigt. Zwei Schaltkreise 40 mit den Ausgängen 1A, 2B und 1C sowie 3A, 3C und 4B sind ebenfalls in Fig. 2 dargestellt.
In einer vorzugsweisen Ausgestaltungsform der Erfindung sind die Wicklungen 24 in achtundvierzig Statorschlitzen untergebracht; vierundzwanzig dieser Schlitze sind in Fig. 2 als gestrichelte Linien in vertikaler Richtung dargestellt. Obwohl in Fig. 2 nur die eine Hälfte der Statorschlitze gezeigt sind, ist es selbstverständlich, daß die andere Hälfte mit dieser identisch ist. Wie in der Figur für die Schlitze 12 und 13 gezeigt, gibt es keine Überlappung von Wicklungen 24 zweier benachbarter. Wicklungssätze. Diese Trennung verringert die magnetische Anziehung zwischen benachbarten Wicklungssätzen 24 und ge- stattet die individuelle Verwendung eines jedes Wicklungssatzes. ·

Die Ausgänge der Wicklungen 24 des ersten Wicklungssatzes sind mit 1A und 2A für die erste Wicklung und mit 1B und 2B für die zweite Wicklung sowie mit 1C und 2C für die dritte Wicklung bezeichnet. Im zweiten Wicklungssatz sind die Bezeichnungen wie folgt: 3A und 4A für die erste Wicklung, 3B und 4B für die zweite Wicklung und 3C und 4C für die dritte Wicklung. Die Wicklungen 24 in jedem Satz

3HQ034

sind um 30° gegeneinander verschoben angeordnet; werden sie über die entsprechenden Kommutatorkreise mit Strom versorgt, so erstrecken sich die magnetischen Vektoren in Richtung der gewünschten Mötor-Drehrichtung. Die räumliche und magnetische Trennung zwischen benachbarten Wicklungseinheiten im erfihdungsgemäßen' Motor unterscheidet diesen von Motoren konventioneller Bauart, in denen benachbarte Wicklungssätze überlappen und in gemeinsamen Schlitzen untergebrächt sind. Wird ein Wicklungssatz des Motors'2O" mit Strom versorgt, so erzeugt dieser ein ausreichendes Drehmoment, um den Motor 20 unter Last laufen zu lassen. Fällt ein Wicklungssatz aufgrund eines Fehlers in den Wicklungen 24 oder im Versorgungsstromkreis 34 aus, so kann ein zweiter Wicklungssatz mit Strom versorgt werden, oder zwei oder mehrere weitere Wicklungssätze können -entweder gleichzeitig betrieben werden oder dienen als Ersatz. Werden mehrere Wicklungssätze gleichzeitig betrieben, so bewirkt dies ein entsprechend stärkeres Drehmoment für den Lastantrieb. Wird nur ein Wicklungssatz^; mit Strom versorgt, so bewegt sich der von diesem Satz"gelieferte magnetische Feldvektor innerhalb des Bogehs des entsprechenden Polpaares des Läufers 26 und bewegt diesen um 45°. Die Bewegung des Polpaares über diesen Winkelbereich wird über einen dem Wicklungssatz 24 zugeordneten Satz von Meßwertgebern 32 mit der Bewegung des magnetischen Vektors des Stators koordiniert. Der beschriebene Vorgang wiederholt sich nach jeweils 90° Läuferumdrehung.

Wie im Diagramm der Fig. 2 gezeigt, werden für die Phase Λ der Wicklung 24 ausschließlich die Schlitze #1, #2, #7 und #8 verwendet, wobei dies die einzige Wicklung ist, die in diesen Schlitzen untergebracht ist. Für die Phase B der Wicklung 24 des ersten Wicklurigssatzes werden die Schlitze #3, #9, #4 und #10 benutzt. Die Phase C der Wicklung 24 ist noch weiter nach rechts im Diagramm der Fig. 2 verschoben und nimmt die Schlitze #5, #1-1", #6; und #12 ein. "" ' ' "" ^: ■ '

Die Fig. 3 ist eine grafische Darstellung der Hall-Meßwertgeber 32 und eines Ausschnittes der Scheibe 28, wobei die Meßwertgeber 32 benachbart zu je einem Polpaar auf der Scheibe 28 angeordnet sind. Der Kommutator-Stromkreis 34 enthält drei Komparatoren 42 und eine Quelle 44 für ein Referenzsignal. Die einzelnen, mit H1, H2 und H3 bezeichneten Meßwertgeber 32 sind jeweils mit einem entsprechenden Komparstor verbunden. Bei gleichmäßiger Drehung der Scheibe 28 erzeugen die Meßwertgeber 21 sinusförmige Signale. Wie noch im Zusammenhang mit Fig. 6 beschrieben wird, verwandeln die Komparatoren 42 die Signale der Meßwertgeber 32 in EIN-AUS-Signale entsprechend der Polarität der Hall-Spannung. Die drei Signale der drei Komparatoren 42 enthalten ein 3-bit-Signal, das den Läufersektor in Abschnitten von 60 elektrischen Graden kennzeichnet, entsprechend 15 mechanischen Graden der Läuferdrehung.

Der Kommutations-Schaltkreis 34 enthält weiterhin eine ansprechbare logische Anordnung, wie beispielsweise ein ROM 46 (read only memory), eine Stromquelle 48, sechs Stromschalter 51-56/ einen Impulsbreiten-Modulator 58 und einen Taktgeber 60. Alle in Fig. 1 dargestellten Kommutator-Stromkreise sind untereinander identisch. Eine weitere Sicherheit wird dadurch erreicht, daß alle Brücken von getrennten Stromquellen versorgt werden.

Die sechs Schalter 51-56 sind alle entsprechend Fig. 4 aufgebaut und bilden eine Brücke, die die Wicklungen 24. eines jeden Wicklungssatzes mit Strom versorgt. In Fig. ist jeder Wicklungssatz 24 über sechs Leitungen mit einem Kommutations-Schaltkreis 34 verbunden. Die sechs Leiter sind mit den sechs Anschlüssen der drei Wicklungen 24 verbunden. Der Einfachheit halber sind in Fig. 1 nur die Verbindungen des ersten und zweiten Kommutations-Schaltkreises mit ihren entsprechenden Wicklungssätzen dargestellt. Es ist selbstverständlich, daß die übrigen beiden Wicklungssätze 24 ebenfalls mit den ihnen zugeordneten Kommutations-Schaltkreisen verbunden sind.

Die Schalter ·51-5.6 werden durch Signale, vom Speicher -46 gesteuert. Ein positiver Ausgang der •Stromversorgungsquelle 48 ist mit den Schaltern 51, 53 und 55 verbunden, während der negative Ausgang der Stromquelle 48 mit den Schaltern 52, 54 und 56 verbunden ist.Jeder der Schalter 51-56 wird durch das auf seinen Ausgang 62 gegebene Steuersignal entweder auf Stromdurchlaß oder auf Nichtleiten geschaltet. Sind z.B. die Schalter 51 und 56 auf Stromdurchlaß geschaltet, und die restlichen Schalter 52, 53, 54 und 55 auf Nichtleiten, dann fließt der Strom vom positiven Ausgang der Stromquelle 48 über den Schalter 51 zum Ausgang 2B des Wicklungssatzes 24, durch diesen zum Ausgang 1C und kehrt über den Schalter 56 zum negativen Ausgang der Stromversorgungsquelle 48 zurück. Durch geeignete Wahl der jeweiligen Schalterzustände - leitend bzw. nicht-leitend - können die entsprechenden Wicklungen 24 des Wicklungssatzes mit Strom versorgt werden, um so die schrittweise Fortbewegung des magnetischen Vektors in dem Teil des Stators, in dem die betreffenden Wicklungen untergebracht sind, zu bewirken.

Die Größenordnung des den Wicklungen 24 zugeführten Stroms wird durch Impulsbreiten-Modulation gesteuert, wobei der Arbeitsstrom der Modulation entsprechend dem gewünschten Wicklungsstrom variiert wird. Die Modulation des Stromes erfolgt über ein Steuersignal des Taktgebers 6Ö> der seinerseits vom Impulsbreiten-Modulator 58 gesteuert wird. Die Dauer des Taktgeber-Impulssignals ist geringer als die fc/R-Zeitkonstante einer Wicklung, so daß die Induktion und der Widerstand der Wicklung die Stromimpulse des Wicklungsstromes glätten. Der gewünschte Strompegel· wird durch die Spannung an der Steuereinrichtung 36 über ■ den Leiter 64 hergestellt, wobei der Modulator 58 die Impulsbreite entsprechend der Spannung am Leiter 64 erhöht. Die Drehrichtung des Läufers, im oder entgegen dem Uhrzeigersinn, wird durch ein EIN-AUS-Signal über den Leiter 66 von der Steuereinheit 36 bestimmt. Die Steuerstromspannung und das Drehrichtungs-Signal werden beide dem Leiter 38 (Fig. 1) entnommen. Das Ausgangssignal des Modu-

3U0034

• - 11 - '

lators 58 auf dem Leiter 68 ist ebenfalls ein EIN-AUS-Signal. Die EIN-AUS-Signale des Komparators 42, die den Läufersektor bestimmen, werden gemeinsam mit dem Richtungs- und Impulsbreiten-Signal über die Leiter 66 und 68 auf den Speicher 46 gegeben. Für jede Adresse gibt der Speicher 46 ein entsprechendes Ausgangssignal auf die Anschlüsse 62 der entsprechenden Schalter 51-56. Auf diese Weise werden die Wicklungen 24 mit einem Strom versorgt, der in Richtung und Größe dem entspricht, der die gewünschten magnetischen Feldvektoren erzeugt. Der Teil der Adresse auf dem Leiter 68 dient zum Ein- und Ausschalten des Stromes mit einem Arbeitsstrom,der durch dieses Signal gesteuert wird.
Die Steuereinheit 36 in Fig. 1 und 3 erzeugt vier getrennte Ausgangssignale, die auf jedem der Leiter 38 an den entsprechenden Kommutator-Schaltkreis 34 gegeben werden. Die Steuereinheit 36 enthält einen Vorwärts-/Rückwärts-Wahlschalter 70, der das EIN-AUS-Signal auf Leiter 66 erzeugt und so die Drehrichtung im oder entgegen dem Uhrzeigersinn steuert. Es sind vier Verbindungen dargestellt, um das Drehrichtungs-Signal des Wahlschalters 70 auf jeden der Kommutator-Schaltkreise 34 zu geben, obwohl das gleiche Signal auch gleichzeitig auf alle vier Kreise gegeben werden kann.

Das Stromsteuersignal 36 entspricht dem gewünschten Drehmoment-Pegel des Motors und wird entsprechend den äußeren Anforderungen, wie beispielsweise manueller Regelung oder "closed loop"-Signalen vermittels einer Schaltung, die auf diese Signale anspricht, eingestellt.

Jeder Kommutator-Stromkreis 34 wird von der Steuereinheit 36 kontrolliert, die Fehler im Stromkreis oder im von diesem gesteuerten Bereich des Motors feststellen kann. So kann beispielsweise der gesamte, vom Motor verbrauchte Versorgungsstrom überwacht und Fehler wie Unter- oder überströme festgestellt werden; in einem solchen Fall tritt die Ersatzkontrolle in Kraft und.schaltet den fehlerhaften Motor oder Schaltkreis ab.

Das erforderliche Drehmoment wird über die Stromsteuereinrichtung auf alle aktiven Stromkreise verteilt. Diese Steuereinrichtung kann das gesamte erforderliche Drehmoment von einer, zwei oder von jeder beliebigen Kombination von MotorSektionen, abfordern, abhängig von den Signalen des Fehlerdetektors. Der übergang von jeder beliebigen Kombination von MotorSektionen auf jede andere kann durch automatische oder manuelle Steuerung erfolgen, die nicht dargestellt sind, da sie dem Fachmann geläufig

sind. .

Fig. 4 stellt den Schalter 51 aus Fig. 3 bzw. die Schalter 52-56 dar und weist einen Transistor 90, eine Diode 92, einen Widerstand 94 und einen Kondensator 96, eine Basis-Antriebsschaltung 98, die über die Emitter-Basisstrecke des Transistors 90 verbunden ist, und eine Fotodiode 100, die mit den Eingängen 62 verbunden ist,auf.Die Fotodiode 100 verwandelt ein elektrisches Signal über die Anschlüsse 62 in ein optisches Signal, das die Basis-Antriebs schaltung aktiviert. Bei Verwendung einer optisehen Kupplung kann der Schalter 51 bei einer Spannung arbeiten, die von der"Spannung an den Anschlüssen 62 unabhängig ist. Die Schaltung 98 erzeugt im Transistor 90 einen leitenden oder nicht-leitenden Zustand in Übereinstimmung mit dem Signal'über die Anschlüsse 62. Die Diode 92 bewirkt, daß" der Strom "in den Statorwicklungen durch den Schalter 51 in entgegegesetzter Richtung zu der des Transistors 90 fließt, 'wodurch dieser für den Fall, daß eine Umkehrspannung oder ein Umkehrstrom vom Motor 22 induziert wird, geschützt''ist. Der Widerstand 94 und der Kondensator 96 tragen zur^!Unterdrückung der Spannungsschwankungen in den Wicklungen bei, welche durch plötzliche Übergänge des" Transistors 90 vom nicht-leitenden in den leitenden Zustand hervorgerufen werden. Die Tabelle in Fig. 5 zeigt die Ein- und Ausgänge der Wicklungen 24 aus Fig. 2" und 3 entsprechend jedem elektrischen Sektor, wie dieser von den Hall-Meßwertgebern 32 festgestellt wird. Die erste Spalte der Tabelle gibt den

Sektor (von insgesamt sechs Sektoren) an, die dritte Spalte die Ausgänge der Y-Schaltung, durch die der Strom auf die' Wicklungen 24 gegeben wird, und die vierte Spalte entspricht den Ausgängen/ an denen der Strom die Wicklungen 24 verläßt. In der zweiten Spalte ist der resultierende magnetische Vektor für den Wicklungsstrom in jedem einzelnen Sektor dargestellt. Das in dem Diagramm dargestellte Voranschreiten der einzelnen Zustände erfolgt entsprechend der Drehrichtung der Läuferpolc nach

TO links, d.h. einer Bewegung von Schlitz #12 in Richtung auf Schlitz #1.

Das Diagramm zeigt, daß die Vektorengröße unabhängig vom Zustand der Wicklungen ist, wobei es keine Rolle spielt, ob diese in einigen Sektoren von vier benachbarten Schlitzen erzeugt wird oder, wie in anderen Sektoren, von zwei getrennten Gruppen mit je zwei Schlitzen. Da das Drehmoment- des Motors proportional der Vektorgröße ist, ist diosey eine Funktion des Strompegeis, nlchl aber dos Sektors.

Die Umkehr der Drehmoment-Richtung in einem bestimmten Sektor wird dadurch erreicht, daß der Wicklungszustand durch einen Sektor ersetzt wird, der um eine drei höhere oder niedrigere Nummer hat. Dadurch wird die Drehrichtung der magnetischen Vektoren umgekehrt, ohne diese zu verschieben, wie aus Fig. 5 zu entnehmen ist. Dieser Vorgang erfolgt mit Hilfe des Vorwärts/Rückwärts-Signals 70. In Fig. 6 zeigen drei Grafiken den Verlauf der Hall-Spannung der drei Hall-Meßwertgeber 32 aus Fig. 3 als gestrichelte Linien, während die entsprechenden EIN-AUS-Ausgangsleistungen der entsprechenden Komparatoren 42 als ausgezogene Linie dargestellt sind. Die drei Grafiken sind, wie aus der Skala zu entnehmen, in örtlicher Übereinstimmung dargestellt. Die Skala zeigt sowohl die elektrischen als auch die mechanischen Grade, wobei die letzteren die physikalische Rotation des Läufers bestimmen. Da sich das Magnetfeldmuster der Scheibe 28 sowie das des Läufers 26 periodisch wiederholt, und zwar vier Mal pro

Umdrehung, entsprechen 60 elektrische Grade 15 mechanischen Graden. So werden 360° Hall-Spannung während 90° Läuferumdrehung erzeugt. Betrachtet man die drei EIN-AUS-Signale der drei Grafiken, von denen jedes einer bestimmten Gradzahl der unten dargestellten Skala entspricht, so werden die einzelnen bits eines 3-bit-Wortes deutlich, wobei das 3-bit-Wort den Sektor von Fig. 3 in Gray-Code identifiziert. Z.B. ist bei 20 mechanischen Graden das 3-bit-Wort 110;bei 70 mechanischen Graden ist das 3-bit-Wort 001. Bei Betrachtung der Fig. 6 kann man sechs Sektoren in jedem Interval von 360 elektrischen Graden feststellen, und jeder Sektor wird durch ein anderes 3-bit-Wort identifiziert. Der Satz der Hall-Meßwertgeber 32 bezeichnet also die sechs Sektoren der Kommutatorschaltung 34 und versetzt so diese in die Lage, die Wicklungen mit einem Strom zu versorgen, der in Richtung und Stärke dem gewünschten Drehmoment entspricht. Es ist selbstverständlich, daß die oben gegebene Darstellung einer Ausgestaltungsform der Erfindung nur beispiel_haft ist und sich die Erfindung keineswegs auf diese beschränkt. Wie für den Fachmann leicht erkennbar, sind zahlreiche Abwandlungen möglich.

-Jig-

Leerseite

Claims

Patentansprüche:

( 1.J Elektromechänischer Antrieb mit zwei relativ

^zueinander bewegliciieri Bauelementen> wobei das erste Bauelement im Wesentlichen aüö einer Anordnung einer Vielzahl von in wechselnder Reihenfolge um das erste Bauelement angeordneter magnetischer Nord- und Südpöle besteht, und das zweite Baulement Wicklungen zur Wechselwirkung mit der magnetischen Pdläriordnurig besitzt, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Bauelement (22)^eine Vielzahl .von voneinander unabhängigen Wicklungssätzen (24Jenthält, von denen jeder allein zum Betrieb ausreicht, und die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der· ausreicht, um die gegenseitige magnetische Beeinflussung auf einen vernachlässigbaren Wert zu reduzieren; und daß die Wicklungen (24) eines jeden Wicklungssatzes aufeinanderfolgend angeordnet sind, so daß das erzeugte magnetische Feld entlang der Magnetpolanorndung mit den Feldern der magnetischen Pole des ersten Bauelementes(28) reagiert und so die relative Bewegung der beiden Bauelemente zueinander bewirkt; und daß jedem der Wicklungssätze(24j je eine Stromversorgungs-Einrichtung (34)zugeordnet ist,

die von den Stromversorgungs-Einrichtungen für die anderen Wicklungssätze (24)völlig getrennt und elektrisch isoliert ist, so daß jede einzelne Wicklungseinheit(24)völlig unabhängig von den übrigen Wicklungseinheiten von Strom durchflossen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese weiterhin Sensoren(32) enthält, die_vdie Positionen der einzelnen magnetischen Pole relativ zu den Positionen der entsprechenden Wicklungssätze (24)ermitteln, wobei jeder Wicklungssatz (24) mit einem von den den anderen Wicklungssätzen zugeordneten Positions-Sensoren (32/ unabhängigen Positions-Sensor(32) versehen ist, sO daß die Position jedes einzelnen Wicklungssatzes (24Jmit Bezug auf die Pole des ersten Bauelementes(28)eindeutig in einem vom zugeordneten Sensor erzeugten - und unabhängig von der Funktion der den anderen Wicklungseinheiten zugeordneten Sensoren - Signal zum Ausdruck kommt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungskreise für die Sensoren unabhängig voneinander und getrennt sind und bei Ausfall der Stromversorgung jedes einzelnen Sensors die Stromversorgung der anderen Sensoren unbeeinträchtigt bleibt.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden relativ zueinander beweglichen Bauelemente Teil eines elektrischen Motors sind.