DE3426496A1

DE3426496A1 - Antriebsstromkreis fuer einen buerstenlosen motor

Info

Publication number: DE3426496A1
Application number: DE19843426496
Authority: DE
Inventors: Yoshio Zushi Kanagawa Hattori; Isamu Funabashi Chiba Suzuki
Original assignee: Toyo Electric Co Ltd
Current assignee: Toyo Electric Co Ltd
Priority date: 1983-07-20
Filing date: 1984-07-18
Publication date: 1985-02-21
Also published as: DE3426496C2; GB2146860B; US4535274A; GB2146860A; GB8418461D0

Description

34214?!

Antriebsstromkreis für einen bürstenlosen

Motor

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstromkreis für einen bürstenlosen Motor mit einem dauermagnetischen Rotor und im besonderen einen Antriebsstromkreis für einen solchen Mote-,'der sich für den Antrieb eines Gebläses eignet (ao daß er nachfolgend im allgemeinen als "Gebläsemotor" bezeichnet wird).

Im allgemeinen ist ein Antriebsstromkreis für einen Gebläsemotor in der Lage, die Position der Magnetpole eines magnetischen Rotors zu ermitteln, mit Hilfe eines Rotorpositionsdetektors, um den Erregerwicklungen des Stators einen Erregerstrom zuzuführen, wiederum in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des Rotorpositionsdetektors.

Wenn sich jedoch der Rotor aufgrund einer zu starken Belastung oder ähnlichem nicht dreht, fließt der Erregerätrom weiterhin durch nur eine der Erregerwicklungen, was oft zur Überhitzung der Erregerwicklung oder, im schlimmsten Fall, zum Durchbrennen führt. Um einen solchen Schaden zu vermeiden, ist es erforderlich, den Erregerstrom zu unterbrechen, wenn er kontinuierlich durch die Erregerwicklung über eine vorbestimmte Zeitdauer fließt.

Aus diesem Grund ist ein Detektorschaltkreis vorgeschlagen worden, der dazu dient, die Zeit zu bestimmen, während welcher ein Rotor eingehalten ist, um darm ein Fehlersignal zu erzeugen, das anzeigt, daß ein Versagen des Rotors über eine vorbestimmfce Lauer einer eingestellten Zeit hinaus andauert, wobei dieses Signal in einer solchen Weise eingesetzt wird, daß die Zufuhr des Erregerstromes unterbrochen wird, wenn

das Pehlersignal von der Detektorschaltung erzeugt wird.

Jedoch ungeachtet des Einsatzes einjss solchen Detektorschaltkreises, kann ein anderer Nachteil nach wie vor nicht behoben werden, indem nämlich der Einsatz eines Netzanschlusses die Eigenschaften-hat, daß die Anstiegszeit der Spannung des Netzanschlusses verlängert wird und daau führt, daß die Anlaufzeit des Rotors oder die Zeit, die erforderlic ist, um den Rotor zu starten, die Zeit der Detektorschaltung überschreitet, so daß di© Zufuhr des Erregerstromes unterbrochen werden muß, bevor der Rotor angelaufen ist, so daß ein Starten im wesentlrchen unmöglich wird. Es wird angenommen, daß dieser Nachteil behoben werden kann, indem man die Einstellzeit des Detektorschaltkreises verringert. Unglücklicherweise führt dies jedoch _zu dem beträchtlichen Nachteil, daß eiis Verlängerung der Stelizeit die unmittelbare Unterbrechung? der 'Zufuhr des? Erregerstromets im wesentlichen unmöglich macht, wann der Rotor nach dem Starten aufgrund einer überlastung oder ähnlichem eingehalten wird.

Die Erfindung beruht auf der hier aufgezeigten Problematik des Standes der Technik.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der aufgezeigten Nachteile, den Antriebsstromkreis für einen bürstenlosen Motor so auszubilden, daß eine unmittelbare Unterbrechung der Zufuhr des Erregerstromes zum Schutz' des Motors möglich ist, wenn der Rotor während des normalen Betriebes aufgrund einer überlastung oder ähnlichem an B*¹ in er Dretmnp; Rehindert wird.

Weiterhin soll gemäß der Erfindung ein Aatriebsstromkrels im besonderen für einen solchen bürstenlosen Motor geschaffen werden, der sich speziell zum Antrieb eines Gebläses eignet.

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. Schließlich soll geiftäß d_;er Erfindung ein Antriöbsstromkreis für einen-ibürstenldsen* Motor geschaffen werden;, der in der j Lage Ua¹Ij]J den Erregerwicklungen solange einen Erregerstrom, zuzuführeil,' bis die ..Spannung die Anlaufsspannung des Motors

"--■--. (d.h.·;.¹; die. Spannung, die erforderlich ist, um den Motor.zu ;

■«'"· starten) fahrend des Startens des Motors erreicht, um die Zufuhr des Erregersfrromejs innerhalb einer vorbestimmten Zeit zu unterbrechen, für den. Schutz des Motors, wenn der Motor;-aufg.-und einer Überlastung oder ähnlichem, nach dem Startet eingehalten wird. \ .- "----■ "

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im¹· Kennzeichen des Hauptanspruch.es angegebenen Merkmale, wobei ' hinsichtlich bevorzugtet Aus führung.af ο risen auf die Merkmale der Unteransprüche'Verwiesen wi£d. ■ ^ L!

Nachher Erfindung:.ist ein Äntriebsstromkreis für einen bürstenlosen Motor mit eifern" permanent magnetischen Rotor vorgesehen, der in-der Lage iste\ dei? Erregerwicklung des Motors einen Ετregerstrom von einet· Spannungsquelle zuzufühjp'en, um den Eotor in Rotation zu versetzen, mit einem Rot.ation$detektor, der- in der Lagerist, die Polarität der Magnetpole des¹ Rotors und damit die Position des Rotors zu bestimmen, mit !Paiisistorschaltuiigen, die jeweils in Reihe mit den Erregerwicklungen angeschlossen sind und die Zufuhr' des-Erreger at roue s zu den Erregerwicklungen gestatten, wenn aie' sich in einem'leitenden Zustand befinden und mit Transistorstetterschaltuhgen, die densTransistorschaltungen zugeordnet sind,' aur selekt-iven Steuerung d-er. Transistor-^ schaltungen in Abhälagigkeit eines Ausgangssignäls , das von dem Botprpositionsiietektior erzeugt wird, wobei

die ,Trahaiöl-.orstoupx'ecUoJ.tuiLgen jeweils die folgenden umfassen, nämlicht ·,

1420488 _;

-{_"... eine Widerst and sr eihenschaltuögiiät; einem ernten und zweiten ' Widerstand, die in der Lage ist, einen Leitungssteuerstrom '[ von der Ifetzanscülußquelle einer Signaleingangsklemme der

Transistorschaltung zuzuführen, in;; Abhängigkeit von dem :·' · Ausgangssignal des Botorpositionsdstektors, ^! '.

einen Kondensator, ,: · .

eii· a Lad 0s ehalt kreis mit ei-n§r Zener-Diode und einem dritten

Widerstand zum Aufladen des Kondensators mit Hilfe einer Zu-I fuhrspannung, wobei die Zener-Mö&£_: ein Zener-Kiveau aufweist, f das so bestimmt ist, daß die Zener-Diode leitend wird, wenn die Zufuhrspannung die, AnIaufspannung des Motors überschreitet,

sowie . '. '■ ■ ;;

-j einen Ρϋϊ, dessen Anoden-Katho^en-I^reis parallei zu beiden Enden ; des Kondensators angeschlossen, ist^ während das Tor ar. der Vari bindung zwischen dem ersten und d.e% zweiten Widerstand liegt.

Weitere Vorteile, Einzelheiten urid.,erfindungswes©htliche Merkmale ergeben sich ,aus der aachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten AusführungsbeiSpieles unter Bezugnahme auf ; die beigefügten Zeichnungen.- Babeilrieigt im einzelnens

;. Fig. 1 .'^: -.:.- ein Schaltscheioa,; |ür. 'einen (^ebls^efflotor, . _;

liTrtViiD-T* aa a-i'n·!"!:·- iiVn:· elno KoTirtTtfiiiir+!*» AUBfUhT-UnKS-

forsi ,:4e;s Antrl^ehsst^oinkreiöes/füi· einen · bürstenlosen Motor .gemäß der Erfindung handelt, ^: ';^:.-."; ;-0B$\ \''. '

eine schema-bische .Darstellung eines büre-nen- !open Motors Jnit einetn dauermagnetischan Eotor,

EPO COPY

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Fig* 5 · ^: e^ne graphische- Darstellung,$.er Charakter τ

; · ^ν ' iitika des kombinierten Widerstandes über

. '_:: , ..Veränderungen'der Spannung^:. . ^;

Fig. 4 ' ; ein Sdh-altscheina einer anderen Ausführuiigs

!-■ ^; . f|>rin des Antriebsstromkreiees gemäß der

57 ®i^ne Darstellung der Wellenform der Stoß-* . . spannung und der Sperrspannung, die über.

•. Γ die; Erregerwicklungen induziert wird und f. ■ |

Fig. 6· .,; eine graphische Darstellung der Rotations- fl

charakteristika eines-Botors über die Eingangs- ]

'' ₅ spannung des. An-triebsetroinkreises geiöäß Fig. Ψ, ί

Es soll nun der Alltriebsstromkreis für einen bürstenlosen Motor näher erläutert weiden.!; ' ''■■'' . ' λ

In Fig. 1 ist ein Schaltschema dargestellt»' das eine Äusfahrungsforsr des erfindungsgemäßen Antriebsstromkreises für einen¹ bürstenlösen Motor,darstellty während Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Beispieles eines 'ibürstenloseÄ-Motors mit .eiiiem permanent magnetischen,Hotor zeigt*¹ r,,. |

• ■ ■ ^ f "'-I ' ■'■

Zunächst soll ein iürstenloser.Motor kurz unter Bezungahme auf Fig. 2 beschrieben'werd_:en. Der bürstenlos.©-Motor ist allgemein mit der Bezugsziffer "KIu'Fig. 2 bezeiehnet:_und umfaßt einen Statorkern 2 mit ¹^l. er |!eld magnet en 2Α_νΐ"2Β., 20 und 2D· ' '. juie Feldinagnoten 2^."Un'| 20 sind in einem Wiakel von Ί8Ο⁰ su~ einander, angeordnet;,und:; bilden,-jeweils ein^;|?aar mit einerv ersten Wicklung Jf¹OiXd öin weiteres Magnetpaär 2B und 2D tpägt eine zweite Wickluag:.4i JJer Motor-1 umfaßt, euch einen Eotör des PermanenttypsjjV der außerhalb des ßtatd^kems 2 engeord-

■λ- ' ;

net und hierzu konzentrisch aus-gebilftet ist. Ein Rotorpositionsdetektor ist mit der Bezugsziffez* 6 versehen und dient dazu, die Position der Magndbpole des Rotors 5 zn ermitteln unct damit auch die Position des Rotors. Die Zufuhr des Erregerstromes zu den Erregerwicklungen 3 .und 4 wird alternierend ausgeführt, in AbhlLngijgkeit von &em Ausgangssignal, das von dem Positionsdetektor 6 erzeugt wird.

Es fo .11 nuii der Antriebsstromkreis' eiiner Ausführungsform, die für den bürstenlosen Motor^eingesetzt werden kann, unter Bezugnahme auf Fig. 1, näher erläutert werden«

Bei dem dargestellten AntriebsstromÄreis sind die «rsten und zweiten Erregerwicklungen 3 und 4 d^B,bürstenlosen Motors Ί über die Kbllektor-Emitter^Kreise'der Transistoren 8 und verbunden, um zu ermöglichen, dkß der Erregerstroio durch die Wicklungen., zwischen einer Leitung öder einem Draht P zur positiven Elemme PS.1 einer Gleichstromquelle und einer Erdleitung od er ".einem Draht G, der ^n die negative Anschlußklemme P32..d;es Netzanschlüsse^ -geiegU .ist, läuft« Außerdem liegt zwischen den Leitungen P und Gr der Rotorpositionsdetektor 6 über einen Widerstand 7» der dazu dient, die Position des Rotors;5 ^es Motors 1 zu bestimmen. Ein Detektorelement des Rotornositionsdetektors 6 umfaßt bei der vorliegenden Ausführungsform eine Halleinrichtung, Sie in der.Lage ist, die Veränderung des Magnetflusses zu ermitteln, die verursacht wird durch den übergang der Magnetpole aufgrund der Rotation des Rotors 5· ·

Die Bezugsaiffern 10 und 11. beaeiöliÄen eine erste und eine zweite Transifltorsteuerschalhung» Die ,erste Tran sietorsteuerschaltung 10 umfaßt eine Reihenschaltung mit einer Zener-io.ode 12, einem !»adewiderstand 1? sowie einem Kondensator 14 als Zeitgeber,' die in Reihe geschaltet-ist. zwischen die Leitungen P und G. In Reihe geschaltet ist weiterhin ein ersiter und ein zweiter Widerstand 15 bzw. 16 zwischen der Leitung P und der Basis des Transistors 8. Schließlich/ein programm!βr-

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barer Unijunktiontransistor 17 (Doppelbasisdiode) (nach- ^!·. ■ folgend als "PUT" bezeichnet), dessen Anoden-Kathoden-Kreis zwischen der Erdleitung G und dem Anschluß A des Ladewider- ^L! Standes 13' angelegt' ist, wobei der Kondensator 14 und das ,_λΆ Tor an den Anschluß B gelegt sind, zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand 15 bzw. 16. Die Zener-ltiode 12 besitzt ein Zener-Niveau, das so bestimmt ist, daß die Diode 12 leitend wir^ bei einer Spannung, die gleich der oder höher ist, als ■ ·>.! erf·, i.'derlich, um das Anfaufen des Motors 1 zu bewirken. Der ^l! Rotorpositionsdetektor 6 besitzt eine Ausgangs klemme, die an '·'' den Anschluß B zwischen' dem ersten und dem zweiten Widerstand 15 bzw. 16 gelegt ist.

Die zweite Transistorsteuernchaltung 1.1 ist zwischen dem

Anschluß C der ersten Erregerwicklung 3 zum ersten Transistor ■ .'] 8 und der Basis des zweiten Transistors 9 angelegt. Die zweite TranEstojsteuerschaltung 11 ist im wesentlichen in der gleichen

Weise aufgebaut wie die erste Schaltung 10, mit Ausnahme der '■■■'·■]

nachfolgenden Erläuterung, dementsprechend sind in Fig. 1 ·^;

die Teile der zweiten Transistorsteuerschaitung, die denjenigen \\

der Schaltung 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern ^l·

versehen, die jedoch einen Strich tragen. Die zweite transistor- f^J

steuerschaltung 11 unterscheidet sich.insoweit von der ersten, ^!r

als die Verbindung ^wischen def Zener-Diode 12' und dem ersten ;i

Widerstand 15' an die Verbindung C angeschlossen ist, zwischen ρ

der ersten Erregerwicklung 3 und. dem ersten Transistor 8. f'

Die Bezugsziffern 18 und 19 bezeichnen Dioden, die parallel zu den Erregerwicklungen 3 und 4 gelegt sind, um die jeweiligen ^ Stoßspanmingen ευ absorbLerpu. Die Bozugsziffer 20 bezeichnet ^; eine (•regeiistrom'bloc'kieräiode 2Q^ äeren hno3& en Sie Leitung P da einßT solchen V/eine oagesctilossen Isb, daß sie der An- · ■■ Schlußklemme PS1 zugewandt ist,.während die Bezugsziffer 21

einen Glättungskondensator bezeichnet, der zwischen die ί

Leitung P und die Erdleitung G auf der Kathodönseite der I Diode 20 gelegt ist.

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Es soll mm die Betriebsweise'des Antriebsstromkreises beschriebenwerden, der in der oben erläuterten Weise aufgebaut ist, unter Bezugnahme auf die Fig· 1 und. 3·

Bei der oben beschriebenen Auaführ&ngsform sind die Zener-Dioden 12 und 12' in Reihe gesch.al.tet mit den Ladewiderständen 13 und 13' der Transistorsteuerschaltkreise 10 bzw.-11. In 'Pig. 3 repräsentieren Z^ und Zp die kombinierte Impedanz ode · den Widerstand zwischen der Zener-Diode 12 und dem Widerstand 13 bzw. den kombinierten Widerstand zwischen der Zener-Diode 12' und dem Widerstand.1^'. Die Charakteristika der kombinierten Widerst-ände %* und Zp, in üezug auf die Veränderung der Spannung, sin,~d nicht-linear, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Im besonderen besitzen Z/. und Zp jewei!& einen sehr hohen Wert, wenn die angelegte Spannung V . niedrig ist, während dann., wenn die angelegte Spannung das Zener-Niveau einer jeden Zener-Diode 12 bzw«. 12· überschreitet, Z^ und Z£ rasch abnehmen, um sich den Widerständen der Ladewiderstände 13 bzw. 13¹ zu nähern. In der Fig. 3 geben die Kurven a, b und c jeweils die Art und Wei?e der Veränderung der kombinierten Wide.rstände Z/, und Zp an, in Abhängte it von der Auswahl des Zener-Niveaus der Zener-Dioden 12 und 12'.

Z auf der Ordinatenachse in Fig. 5 zeigt den kritischen Widerstandswert für den PlJT 17 oder 17' an» der im wesentlichen bestimmt vird durch die Größe 'der Widerstände 15 oder 15' und 13 oder 13', während E^ auf der. Abszissenachse die Anodenspannung., des PUT angibt, die erforderlich ist, um den PUT leitend zu machen. Wenn jeder der kombinierten Widerstände Z^ und Z₂ größer ist als der kritische Wert, ist r-er PU⁷T in einem SchwinK"ungsbetri<'bsbereicHj so daß er nicht leitend gehalten werden kann, auch wenn die Anodeuspannunp; "les PlP? einmal die Spannung V₁₁ überschreitet. Wenn die kombinierten

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Widerstände Z> und Z* jeweils niedriger sind^aIs der kritische Wert,, befindet sich der PUT in einem Einschritt-Betriebs- ^! bereich, yd er den'PUT leitend hält, nachdem einmal die-Anodenspannung des PUT die Sp.annung V- überschreitet, um ihn einzuschalten, so daß der Strom kontinuierlich durch den^Anoden-Kathoden-Kreis und-den Tor-Kathoden-Ereis des PUT/ Das EinscbsLten dies PUT erfordert zumindest den Zustand, daß die !' Anodenspannung die Torspannung ,fiberschreitet. Eine solche Bed- _igung~wird erfüllt,, wenn-der PUT sich in einem EinacHritt-Betriebs-Bereich befindet. . ·^;

Der Hotorposit - ionsdetektor 6 umfaßt einen Schaltkreis, dazu dient, die Ausgangs klemme an die Erdleitung G zu. legen, wahrend· der Ro.torpositionsdetefcfcor 6 einen der MagHBbpole Jf. und S tfrndfcbpit und dio. Aubv;anp;ßklemme von dör Erdldemme» G-! zu unterbrochifiL, während der andere Magnetpol bestimmt wirtf. Somit ist die Auggangsklemme des Detektors 6 nicht an die Erdleitung G gelegtf, während ein Signal von do« Detektor β erait^elfr wird. ■■■ 7/^t:-' \ ■','''.■

Die Zener-iiioden 12 und 12' besitzen jeweils ein Zener-Sfiyeäu, das so bestimmt wird, d^ß es großer ist als. die Anlaufspannung des Motors. Im einzelnen können die Zener-Diödea · leitend werden, wenn die Eingangs spannung gleich der Anlauf- ^<fi spannung des Motors ist, oder der Spannung,die erforderlich ist, um c^en Motor anlaufen zu lassen oder höher. " if

Eine solche Einstellung des Zener-Niveaus führt dazu, daß die Anodendpannung des PUT unterhalb der Spannung V,. liegt, wehn die Eingangsspannung nicht die AnIaufspannung des Motors erreicht, da keine der Zener-Dioden 12 und 12* je leitend idt. Im Gegenteil, ein überhöhter Wert der, Eingangsspannung oberhalb des■Zener-Niveaus gestattet, daß die Steuerschaltuagen 10 und 11 ihren Schutzbetrieb ausführen;, da die Anodenspaniiung des PUT oberhalb der Spannung V^ liegt.

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Während der Detektor 6 ein Signal erzeugt, kann ein leitender Steuerstroiu oder ein Basisstroiö, durch die Widerstände 15 und dem Basis-Emitter-Kreis des Transistors 8 zufließen, so daß der Transistor leitend wird, um ein_;·Fließen des Erregeratroines durch die Erregerwicklung 3 zu ermöglichen. Zu dieser Zeit befindet sich der Anschluß C der Wicklung 3 im wesentlichen beim Erdpotential, was dazu führt* faß kein Strom an die Basis des Transistors 9 gelegt.wird* Wenn sich dann der Detektor 6 in einem Stadium befindet» bei welchem kein Signal hiervon erzeugt wird, befindet ί sich:, die Ausgangs klemme des Detektors .6 beim Erdpotential, so d'aß die Zuführung von Strom zur Basis'-'des Transistors 8 unterbrochen wird', was dazu führt, daß der Transistor 8 nicht-leitend ist. Wenn der Transistor nicht-leitend ist, wird Strom dureft,die Widerstände 15' und 16' der Basis des Transistors 9 zugeführt, um den'Transistor leitend zu machen. Während der Tranäistor 9 leitend ist, fließt ein Erregerstrom durch <jie Erregerwicklung A·· Ein solcher Betrieb des Antriebsstromkreises wird solange wiederholt wie der Motor normal betrieben wird, oder sich der Rotor oberhalb einer vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit dreht.

Das Einhalten des Eotors aus irgendeinem Grund bewirkt eine Unterbrechung der Veränderung des Signals, das von dem Detektor 6 erzeugt wird. Dies wiederum führt dazu, daß einer der Tranaistoren 8 und 9 leitend gehalten wird. Nimmt man beispielsweise an, daß der Transistor 8 leitend gehalten wird, so wird der Kondensator ;14- bei einer Zeit konstante, die durch.den kombinierten Widerstand Z^ bestimmt wird, stärker aufgeladen als der. kritische Widerst and swert 7,„ arid die Knpn/.ifcnt dnft Kotulongabore'14, da die ΙΉηκηημ;Ηορβ das Zener-Niveau der Zener-Diode 12 Überschreitet. Die Zeitkonstante wird so bestimmt, daß sie einen Wert besitzt, dex»

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-ausreicht i'iir eine Zeitdauer, die erforderlich ist, damit die Ladespannung des Kondensators 14 die Spannung V^ erreicht, um den PUT leitend zu machen in einer hinlänglich länglichen Weise, damit die Transistoren 8 und 9 beim Norms!- betrieb in einem leitenden Zustand gehalten werden. Wenn die Ladespannung d'es Kondensators 14 (die Spannung an der Verbindungsstelle A) die Spannung V,. erreicht, wird der PUT leitend, so daß Strom durch den Anoden-Kathoden-Kreis und den ¹Or-Kathoden-Kreis fließt,- Dies führt dazu, daß das Potential in der Verbindungsstelle B gleich dem Erdpotential ist, so daß hierdurch der Transistor 8 in einen nichtleitenden Zustand gebracht wird und hierbei bleibt. Das Abschalten de3 Transistors 8 führt dazu, daß der Transistor 9 leitend \ird. Wenn jedoch die Ladespannung des Kondensators 14' (das Potential an der Anschlußstelle A¹) innerhalb der Steuerschaltung 11 ansteigt* um die Spannung V^, zu erreichen, wird der PUT 17¹ leitend und führt das Abschalten des Tran-Bistors 9 aus. Somit wird der Erregerstrom der Erregerwicklung 4 unterbrochen. Für den Fall, daß der Transistor 9 leitend wird, wenn der Rotor eingehalten wird, wird der POT 17' leitend, um den Transistor 9 abzuschalten, so daß damit der Betrieb unterbrochen wird.

Es soll nun r\ev Betrieb des Antriebsstromkreises beim Anlaufen des Motors erläutert werden.

Beim Anlaufen des Motors wird allmählich die Zufuhrspannung oder die Spannung über die beiden Enden der Erregerwicklung oder 4 erhöht. Die Zeitdauer, die für diesen Spannungsanstieg der AnI auf spannung; odf-r der Spannung für das Anlauf enloftaftn dpa Hofrorn erforderlich Isifc, nnt^rlipigrt Vf»rHndorungen in Abhang i p; lu> i h vor.) den Oharakterint; 1 Va der Spannungaquelle. Bei der beschriebenen Ausführungsform besitzen die Zener-Dioden 12 und 12' jeweils ein Zener-Niveau, das ausreicht,

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die Dioden leitend ^u machen, wem die Eingangs spannung die AnIaufspannung übersteigt, so daß der Transistor S oder 9 nicht fortlaufend in einem leitenden Zustand gehalten wird, bis die Zufuhr spannung die AnI auf spannung erreich»... Es leuchtet somit ein, daß bei dieser Ausführuncp.farm ein Anlaufenlassen des Motors in einer wirkungsvollen Weise ausgeführt werden kann, unabhängig von den Charakteristika de 7-Sparnungsquelle. Auch für den Fall, daß der Rotor sich nicnt drei-t aus irgendeinem Grunde während des Anlaufens, wire der PUT 17 oder 17' über einen vorbestimmten Zeitraum in leitendem Zustand gehalten, nachdem die Zufuhr spannung cüi^ AnIaufspannung erreicht, um hierbei den Tranaistoren 8 und 9 zu ermöglichen, daß sie einen nicht-leitenden Zustand einnehmen, wie beim Einhalten des Rotors während des Betriebes. Hieraus leuchtet ein, daß eine überhitzung oder ein Durchbrennen der Erregerwicklungen wirkungsvoll verhJ tigert werden kann. Wenn außerdem die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors nicht auf eine VGr-bestimmte .Rotationsgeschwindigkeit ansteigt, aufgrund einer Überlastung oder ähnlichem, werden der Kondensator 14- oder 1A^;' auf die Spannung V- aufgeladen, die erforderlich ist, um den PUT 17 oder 17' in einen leitenden Zustand zu überführen, was dazu führt, daß der PUT eingeschaltet wird, um den Transistor 8 und. 9 in einem nichtleitenden Zustand zu halten.

Lie oben beschriebene Ausführungsform vermag den Transistor 8 der Transistorsteuerschaltung 10 direkt mit Hilfe des Rotorpositionsdetektors 6 zu steuern» Die Ausführungsform kann jedoch in einer solchen Weise modifiziert werden, daß der Transistor 9 der zweiten Transistorsteuerschaltjng 11 direicb penttiuert werden kann, mit; Hilfe rinos umgekehrhen AuBp;anp;eR, der von dem Rutorpos i t; ion^detektor 6 erafiugf, wird. Ί,η »iim·.«!- nen wird der umgekehrte A-iagang des Detektors <■> an den An-

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schltfß B¹ angelegt, !und "die Verbindung zwischen den Wi^r-s ständen 'Ί^¹ und d$r>; Zener-Diode \12^;l wird direkt an die s« Leitung Pj' angeschlossen. Eine derartige Modifizierung hat j. den Vor-feeiiy daß der Schutzbetrieb rasch ausgeführt werden kaan^ y^r^lichen ψχ%. dem Aufbau, bei welchem/der Tranaietoie 9 sctflie'MLich konstent abgeschaltet

Außerdem ist die ob&n beschriebene Ausführungsform so ausgelegt, daß,der Erregerstrom mit Hilfe eines Transistors zum,· Fließen gebracht wird, Wobei natürlich zwei Transistoren oder Ii mehr die Transistorschaltung bilden können. ?·

Darüber hinaus wird, bei der beschriebenen Ausführungsform die Absorption der Stoßspannungen erzielt, durch den Einsatz von Stoßunterdrückerdioden 18 bzw.. Ί9»' die parallel zu den Erregerwicklungen 3;^t!t>zw. ^ geschaltet sind. Dies kann jedoch auch ausgeführt werden, indem man Jeweils die' Zener-Dioden' 22 und 23 in Reihe -zu den Zener*-Dibden 18 und 19 in Hiehtuhg der Sperrung des Yofwärtsstromes legt, wie dies in Pig. 4 gezeigt ist. Hierbei wird das^ener-ETiveau einer jeden-der Zener-Dioden 22 .und! 23 zwischen dem Maxi-malwert und d.$m'· , Minimalwert'der UnMh'rsparmung e^ angelegt, die über die; . entsprechenden Erregerwicklungen 3 bzw« 4 induziert wird. Das Fließen des Stromes■'·"durch die Dioden 18 'pder 19 während ^if eines Zeitabschnittliff, in welchem die ümkehrSpannung e^ er- .| zeugt wird, wie dies in Fig. 5 d.argeetellt ist, führt zu die» *'" Nachteil j daß der Magnetfluß, der durch einem solchen Strom erzeugt wird, zu "eiiier Bremswirkung auf den Sot or führt und damii? zu einer. Abnahme der Rotationsgeschwihdigkeit des Eotors unterhalb'des-vorgegebenen Wertes. Um diesen Fachteil zu eliminieren, siM'i -dig i'Zenesj-Dioden 22 un^ 23 vorgesehen, um | die StöBspannung ei ßn äbHorbieren oder zu blockieren und einen Teil ί«γ· Umkehrsp'afiiiuri^ bsü aberorbieren^». Außerdem hält eine entsprechende ,Auswahl des Zener-Nivööue: die fiotationegeechwisadigkeitdeö..-.JBbtors im wesentlichen konstant.

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Im einzelnen bewirkt die UnterIJtechtbig des Erregerstromes, der durch die Erregerwicklungen 3 uirt 4· fließt;, eine große induzierte¹ Stoßspannung e*, wie dies in den Fig· 5 (A) unrl 5 (B) dargestellt ist. Die -Stoßspannung e^ überschreitet das Zener-iliveau E unrl inacht flie, Zener-Dioden 22 und 23 leiten^i, so rl aß ein Vorwärts strom <5urch die Stoßunterdrücker~ Dioden 18 und 19 fließt. Dies macht es möglich, daß die Zener-Dioden 22 und 23 die Stoßspannungen e,, absorbieren. Im Ansch-L-tß an eine solche Stroßspannung e>, wird dann eine Umkehrspannung βρ über den Erregerwicklungen 3 und 4- induziert, aufgrund des Zusammenspiels mit d«m Magnetfluß der Dauermagneten des Hofcors 5· Wenil die Umkehr spannung &^ das. Zener-Niveau E überschrei-feiet, -werden die Zener-Dioden und 23 leitend und führen einen vorwärtsgerichteten Strom den Stoßunterdrücker-Dioden 18:und 19 zu, so daß die Umkehrspannung βρ absorbiert vs*den kann "Uiid eine Bremswirkung auf den Motor 1 übertragen werden kann_v um einen Anstieg der Rotationsgeschwindigkeit N des Rotors 5 in Schranken zu halten. Wenn die Um kehr spannung βρ geringem ist als das Zener-Mveau E₂, werden die Zener-Dioden 22 und 23. nicht-leitend, so daß ein Vorwärtsstrom den Stroßunterdrücker-Dioden 18 und 19 nicht zugeführt werden kann, womit jjkeine Bremswirkung auf den Motor übertragen wird. Damit wi'ird. in diesem Fall die Rotationsgeschwindigkeit N des Rotors 5 bestimmt, in Abhängigkeit von der Eingangs spannung TnI_n*'¹¹¹¹^ ei^ne Abnahme der Rotationsgeschwindigkeit N aufgrund: der Umkehr spannung tritt nicht ein. Wenn die Eingangsspannung V^ variiert wird, aufgrund der Veränderung der Belastung pder .ähnlichem, wird auch die UmkehrSpannung ep variiert, in Abhängigkeit von der Eingangsspannung V . Die Eigensteuerung aev Zener-Dioden 22 und minimiert jedoch die Veränderung ;.d,ör Rotationsgesehwindigkeit N des Rotors 5»womit die Hot.fitiQnsgeschwLndigkeit im wesentlichen komj1;rcu1j tfphoi ti rau wlrn.

Die Fig. .6 zeigt die Veränderung der Rotatioüsgeschwindigkeit K über der Eingangsspannung in der in Fig. 4· dargestellten

Schaltung. Die Kurve I gibt eine solche Veränderung bei flieser AuBführungsform an, während die Kurve II flies für eine Schaltung angibt, in welcher keine Zener~Dioden 22 und 23 angeordrieb sind. Wie sich aus Fig. 6 ergibt, verhindert die Reihenschaltung der Zener-Dioden 22 und 23 zu den Unterdrücker^-Dioden 18 und 19 wirkungsvoll eine Veränderung der Rotationsgeschwindigkeit N, im Hinblick auf einp Veränderung der Eingangs spannung V ... Im besonderen ' verii.indert dies die¹ Veränderung der Rotationsgeschwindigkeit in der Nähe der Nenn-Spannung, so daß hierdurch die Rotationsgeschwind igke.Lt in''diesem Bereich im wesentlichen konstant gehalten wird.

Es soll an diener Stelle noch einmal ausdrücklich hervorgehoben werden, daß die vor anflehende Beschreibung lediglich beispielhaften Charakter besitzt und daß verschiedene Änderungen und Modifikationen hinsichtlich des oben beschriebenen Aufbaues möglich sind, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen. ■'· ·■ .

Claims

Μ,

Dipl.-Ing- Gera Lange

^ffibffbf ach

Anwaltsakte: 530.220

Anmelder: Toyo Electric Coffipaüi^V 'XitrU ' ·.·:
Ί^-29-ΊΟ, Kaeno-cliou, Itabashi-kü.
Tokio, Japan

Antriebsstroinkreis für e'ine'n büröi3«"niosen Motor

Ansprüche i'

( 1 J) Antriebsstromkre,iö:·. für einen·, bürstenlos«it Kpt'or mit einem dauermagnet!sehen Rotor, der in der Lage det,, äe η Erregerwicklungen des. Motors einen Erregers tr otn .^;yon einer Quelle zur Drehung des Rotorr zuzuführen, g β k.^:e.. η ä zeichnet durch : :

einen RotorpositionsflctektOTT (O)S .4er in,-der Lage ist,
die Polar.ität der Hfwiotpole ζΖ) den Rotors 7.ut· Positionsermittlung ,'IeB Rofcors zn "bestimmen,

Transistorschaltungö'n (8, 9), Ii^ in ReiMe; ^;an aie Er

34g§45§

regerwicklungen (31²O angeschlossen und in der Lage sind, den Erregerwicklungen Strom zuzuführen _i wenn sie sich in einem leitenden Zustand befindöö, sowie

Transistorsteuerschaltungen (10, 11), die den Transistoren (8, 9) zugeordnet sind, zur selektiven Steuerung der Transistoren in Abhängigkeit eines Ausgangssignals, das von ^em Rotor-Positionsdetektor (6) erzeugbar ist, wobei

die Transiatorsteuerschaltungen (10, 11J jeweils die folgenden Elemente umfassen, nämlich:

Widerstaodsreihenschaltungen mit einem ersten und einem zweiten Widersband, die in Reihe miteinander angeschlossen ist und einen Leitungssignalstrom von der Quelle an die Eingangssignalklemme des Transistors zu leiten vermögen, in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Rotorpositionsdetektors (6),

einen Kondensator (1A-, 1V I.,

einen Ladestromkreis mit einer Zener-Diode und einem dritten Widerstand (13) zum Aufladen des Kondensators über eine Ladespannung, wobei die Zener-Diode ein Zener-Nrveau aufweist, das so bestimmt ist, daß die Zener-Diode leitend wird, wenn die Ladespannung die AnIaufspannung des Motors übersteigt und !

einen PUT (17» 17'), dessen Anoden-Kathodenkreis parallel zu beiden Enden des Kondensators (14, 14') angeschlossen ist, während dpr Anschluß des Steuerpols an ^e:r· Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand (1i>, 1^') bzw. (16, 1h¹) liegt.

2. Antriebsstromkreis nach. Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet , daß der Rotorpositionsdetektor (6) eine Halleinrichtung umfaßt, zur Bestimmung der Polarität der Nagnetpole des Rotors.

3. AntriebsStromkreis nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß die Transistor-schaltungen ,jeweils mehrere Transistoren umfassen.

4. Antriebsschaltung nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet , daß der kombinierte Widerstand desjenigen der Zener-Diode und desjenigen des dritten Widerstandes, den man erhält, wenn die Zener-Diode leitend ist, geringer ist, als der kritische Widerst andswert des PUT.

5.Antriebsstromkreis nach Anspruch 4-, d adurch gekennzeichnet , daß eine Zeitkonstante, die bestimmt wird durch den kombinierten Widerstand und den Kondensator,eilten Wert besitzt, der ausreicht, um zu verhindern, daß dLe Klemmenspannung des Kondensators erhöht wird bis auf eine Spannung, die erforderlich ist, um den PUT leitend zu mnchen, innerhalb der Zeit, wenn die Transistorschaltungen .leitend eirid, während der Drehung des Motors bei einer Rotationsgeschwindigkeit oberhalb eines vorbestimmten Niveaus.

6. Antriebsstromkreis nach Anspruch 1, dadurch gekenn ze ichnet , daß die !Eilregerwicklungen jewels eine Reihenschaltung umfassen, mit einer Stromntoßmzntruit-Dlo&e und einer Zene.r-Diod'? 7,ar Blo.--.ki «rung des vorwärts gerichteten Strömen der Htromefcoßrusfcnst-Diode, die parallel hierzu geschaltet π at.

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7. Antriebsstromkreis nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet , daßdie Zener-Diode ein Zener-Niveau aufweist, welches zwischen den maximalen

und minimalen Werten der Umkehrspannung liegt, de über · ■

.-lie Erregerwicklungen induziert ist. j

8. Antriebsatromkreis nach einem der vorangehenden M- \ '^:r>rüche, gekennzeichnet durch

ein Paar von Erregerwicklungen, die um einen Kern eines j Stators gelegt sind, · .,

einen Rot;orx)ositionsdetaktor, der in der Lage ist., die Polarität <ier Magnetpole eines Rotors und dairdT. öle Position des Rotors zu bestimmen, ' .

ein ??aar von Transistorgchaltungen, die in Reihe «geschaltet sind zu dem Paar von Erregerwicklungen und in der Lage sind, einen Erregerstrom durchzuleiten von einer· Spannungsquelle zu den jeweiligen Erregerwicklungen und ein

Paar von Transistorsteuerschaltungen, zur Steuerung des Transistorschaltungspaares, i.n. Abhängigkeit eines Ausgangs signals, das von dem Rotorpos.itionsdetektor erzeugt wird,

wobei die Transistorsteuerschaltungen jeweils die folgenden Elemente umfassen;

eine Widerstandsreihenschaltung mit Einern ersten pino.n 7.wf»ifc<»n Wldornbrind , rlio h L nt pro L η nnn pi\ · tfOfO sind und zwischen einer ;Hf.';nr.leinganKSklemine des Transisto:· schalters und einem der u.-sprpixge der Spannungsqaelle engelegt sind, zur Zuführung eines LeitungssignalstroBses sur Sxgnaleingangsklemme des Transistorschalters,

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einen Kondensator,

eine Kondensatorladeschaltung mit einer Zener-Diode und einem hiermit in Reihe geschalteten dritten Widerstand,

wobei die Kondensatorladeschaltung eine die Zener-Spannung überschreitende Spannung der Zener-Diode zuzuführen vermag, w'-nn die Ladespannung die AnI auf spannung des Motors überschreitet, wobei der Kondensator durch den dritten Widerstand und die Zener-Diode aufgeladen wird, sowie

einen PUT (programmierbaren Unijunktions-Transistor), dessen Anoden-Kathodenkreis parallel zu beiden Anschlüssen des Kondensators angelegt ist, während die Steuerklemme an der Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand liegt.

Antriebsstromkreis nach Anspruch 8, d adurch gekennzeichnet , daß die Ausgangsklemme des Rotorpositionsdetektors ar^die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Widerstand eines des Trasistorsteuerschaltungspaares angeschlossen ist, wobei die andere Transistorsteuerschaltung an eine der Ausgangsklemmen der Spannungsquelle über die Erregerspule angeschlossen ist, mit welcher der Transistorschalter, der von einer der Transistorsteuerschaltungen gesteuert wird, in Verbindung steht, wobei

der Rotorpositionsdetektor in der Lage ist, die Zuführung des Leitsignalstromes au dem Transistorschalter während einer· Zeitdauer zu sperren, während welcher der Dotekfcor einen der Hagnetpole des Rotors ermittelt.

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10. Antriebsstromkreis nach Anspruch 1, dadurch

g e k e η η z._e i c h η e t , daß der Rotorpositionsdetektor zwei Ausgangsklemmen besitzt, die jeweils einander entgegengesetzte Signale erzeugen, wobei die beiden Ausgangsk]emmen jeweils an die Verbindungen zwischen dem ersten und zweiten Widerstand des Transistorsteuerschaltungspaares angeschlossen sind, wobei der Detektor in der Lage ist, die Zuführung des Leitungssteuerstromes zu den Tranist orschaltungen während einer Zeitdauer zu sperren, während welcher ein Signal an den Ausgangsklemmen nicht erzeugt wird.

11. Antriebsstromkreis nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet , daß der kombinierte Widerstand zwischen der Zener-Dioce und dem dritten Widerstand, den man erhält, wenn die Zener-Diode leitend ist, geringer/lst als der kritische Widerstandswert für den RIT.

12. Antriebsstromkreis nach Anspruch 11, d adurch gekennzeichnet , daß eine Zeitkonstante, die bestimmt wird durch rien kombinierten Widerstand und die Kapazität des Kondensators, einen Wert besitzt, der ausreicht, um zu veMndern, daß die EL emmen spannung des Kondensators auf eine Spannung ansteigt, die erforderlich ist, um den PUT leitend zu machen innerhalb der Zeit, während die Transistorschaltungen im Laufe des normalen Notorbetriebes in einem leitenden Zustand sind.

13. Antriebsstromkreis nach einem der vorangehenden Ansprüche, r\ev in ^or Lage ist, den Erregerwicklungen des Motors von einer SpHrmungsquelJ ο einen Erregerstrom zuzuführen, ιΐτη eineti permanent; rnnK^eb i achen .Rotor in Ij re hu ng zu versetzen, gekennzeichnet durch

einen Rotorpositionsdetekcor zur Ermittlung der Lage des Rotors,

Transistoren, die in Reihe mit den Erregerwicklungen angeschlossen sind und den Erregerstrom zu den Erregerwicklungen fließen lassen, wenn sie sich in einem leitenden Zustand befinden, sowie

eansistorstpuerschaltungen, die den Transistoren zugeordnet sind, zur Steuerung dieser Transistoren in Abhängigkeit vom Ausgang des Rotorpositionsdetektors,

wobei die Transistorsteuerschaltnngen jeweils c.ie folgenden Elemente umfassen, nämlich;

eine Reihenschaltung mit einem ersten und einem zweiten Widerstand, die zwischen der Basis des Transistors und einem der Ausgänge des Netzanschlusses angeordnet sind, um eine Sromzuführung zur Bais des Transistors zu ermöglichen, ^

eine Reihenschaltung mit einer Zener-Mode, einem dritten Widerstand sowie einem Kondensator,, die in Reihe zusammen geschaltet sind, und sich zwischen den beidaa Ausginge*! des Netzanschlusses befinden, wobei di.e Zener-Diode ein Zener-Niveau besitzt, das so ausgewählt ist, daß es die AnIaufspannung des Motors überschreitet und

einen PUT, dessen Anoden-Kathoden-Kreis parallel zu beiden Enden des Kondensators angeschlossen ist, während ^as Tor an dfr Verbindung zwischen dem praheti und dem /,weiten Widerstand anlieft.