DE3405942C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektronischen Kommutierung eines einen Ständer und einen wenigstens zweipolig magnetisierten permanentmagnetischen Läufer besitzenden bürstenlosen Gleichstrommotors, bei dem das Ein- und Ausschalten des Ständerstromes über von Läuferstellungssensoren, wie Hall-Effekt-Schaltern, gesteuerten Schalttransistoren erfolgt und eine elektrische Blockierungsschutzanordnung vorgesehen ist, welche aus einem Transistor und einem Kondensator besteht, bei welcher der Transistor von einer am Ständer abgegriffenen rotationsabhängigen Steuerspannung gesteuert wird und nach dem Einschalten eine Aufladung des Kondensators einen Basisstrom für die Schalttransistoren zum Anlaufen des Gleichstrommotors bei nicht blockiertem Läufer bewirkt.

Diese Anordnung ist bekannt (DE 32 03 691 A1). Sie besitzt zwei Ständerwicklungsstränge, welche abwechselnd über einen Schalter an eine Spannungsquelle gelegt werden, so daß in ihnen ein Stromfluß erfolgt. Die Ständerwicklungsstränge werden in der Weise mit der Spannungsquelle verbunden, daß für eine Drehung des Läufers von 0 bis 180 Grad der eine Ständerwicklungsstrang und für die Drehung des Läufers von 180 bis 360 Grad der andere Ständerwicklungsstrang mit der Spannungsquelle verbunden wird. Als Schalter werden üblicherweise die Kollektor-Emitter-Strecken von Schalttransistoren verwendet.

Die vorstehend beschriebene Anordnung wird als unipolare Steuerung des Motors bezeichnet.

Es sind aber auch Anordnungen bekannt, welche entweder nur einen Wicklungsstrang besitzen, oder bei denen die beiden Wicklungsstränge parallel geschaltet sind und im Diagonal­ zweig einer aus vier Schalttransistoren bestehenden Brüc­ kenschaltung angeordnet sind. Die Transistoren bei dieser bekannten Anordnung werden in der Weise leitend gesteuert, daß für eine Drehung des Läufers von 0 bis 180° der Wick­ lungsstrang bzw. die Wicklungsstränge in der einen Rich­ tung und für die Drehung von 180° bis 360° in der anderen Richtung vom Strom durchflossen wird bzw. werden. Diese bekannte Anordnung wird als bipolare Ansteuerung des Mo­ tors bezeichnet.

Bei diesen Anordnungen ist es erforderlich, Maßnahmen zum Schutz der Schalttransistoren für den Fall einer Läufer­ blockierung zu treffen.

Wenn ein elektronisch kommutierter, bürstenloser Gleich­ strommotor blockiert wird, dann fließt in dem gerade mit der Spannungsquelle verbundenen Ständerteil ein großer Kollektor- bzw. Ständergleichstrom, der im wesentlichen vom ohmschen Widerstand der im Kollektorzweig des Schalt­ transistors liegenden Ständerwicklung und der anliegenden Betriebsspannung abhängt. Dieser Gleichstrom beträgt ein Vielfaches des Betriebsstromes, für den der Motor und die elektronischen Bauelemente dimensioniert sind. Bei einer länger andauernden Blockierungsdauer kommt es daher infolge elektrischer und thermischer Überlastung in der Regel zur Zerstörung der Schalttransistoren.

Bei der bekannten Anordnung werden die Basen der im Basiszweig der Schalttransistoren liegenden Steuertransistoren von dem sogenannten Blockierungsschutz-Transistor so lange leitend gesteuert, wie die in den Statorwicklungen entstehenden Induktionsspannungen am Emitter des Blockierungsschutz-Transistors vorhanden sind. Wenn nach Beseitigung einer erfolgten Blockierung die Stromversorgung des Gleichstrommotors wieder eingeschaltet wird, dann wird gleichzeitig ein Kondensator geladen, dessen Ladestrom ebenfalls den Basisstrom für die Steuertransistoren liefert. Der Blockierungsschutz-Transistor wird wieder leitend, nachdem die Statorwicklungen Induktionsspannungen liefern.

Die bekannte Anordnung ist für viele Anwendungen, insbesondere auch aus wirtschaftlichen Gründen, zu aufwendig, weil sie u. a. zwei zusätzliche Transistoren benötigt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, einen Blockierungsschutz für elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren anzugeben, der mit weniger Bauelemente auskommt, der beim Blockieren des Läufers den Motorstrom sicher unterbricht und nach Aufhebung der Blockade einen sicheren Wiederanlauf des Motors gewährleistet.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors über jeweils einen Widerstand mit der Basis der Schalttransistoren sowie mit jeweils einem Schaltausgang der Läuferstellungssensoren und die Basis des Transistors über den Kondensator mit seinem Kollektor verbunden sind, wobei der Basis des Transistors über eine Diode die Steuerspannung zugeführt ist.

Auf diese Weise kann mit wenigen Bauelementen, welche insgesamt weniger Kosten verursachen und weniger Raum als bei der bekannten Lösung erfordern, der Blockie­ rungsschutz erzielt werden.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von zwei Ausfüh­ rungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den neuen Blockierungsschutz in einer elektro­ nischen Kommutierungsschaltung mit unipolarer Steuerung und

Fig. 2 den neuen Blockierungsschutz in einer elektro­ nischen Kommutierungsschaltung mit bipolarer Steuerung.

Bei der aus Fig. 1 ersichtlichen Schaltungsanordnung besteht der Blockierungsschutz aus dem Transistor T 3, dem Widerstand R 4, den Kondensatoren C 2, C 3 und der Diode D 2, welche sich in dem gestrichelt gezeichneten Käst­ chen befinden.

Beim Betrieb des Motors werden in bekannter Weise die Schalttransistoren T 1 und T 2 abwechselnd jeweils während einer halben Läuferumdrehung leitend geschaltet, so daß jeweils für eine halbe Läuferumdrehung entweder die Stän­ derwicklung W 1 oder die Ständerwicklung W 2 von Strom durchflossen wird. Durch das Ein- und Ausschalten des Stromes findet jeweils eine Änderung des magnetischen Feldes in den Ständerwicklungen W 1 und W 2 statt. Durch diese Feldänderung wird in den Ständerwicklungen W 1 und W 2 eine Spannung induziert.

Diese Spannung wird an der Ständerwicklung W 1 abgenommen und über die Diode D 2 als positive Basisspannung dem Transistor T 3 zugeführt.

So lange wie der Motor läuft und daher diese Induktions­ spannung erzeugt wird, ist der Transistor T 3 leitend geschaltet, so daß die Schalttransistoren T 1 und T 2 entsprechend der Läuferstellung leitend gesteuert werden können. Die Leitend- bzw. Gesperrtsteuerung der Schalt­ transistoren T 1 und T 2 erfolgt in bekannter Weise in Ab­ hängigkeit von der Läuferstellung, welche von Hall- Effekt-Schaltern HS 1 und HS 2 erfaßt wird. Die Hall- Effekt-Schalter HS 1 und HS 2 haben in der Praxis die Wir­ kung eines Schaltkontaktes, den man sich zwischen dem unteren (-) und dem rechten oberen Anschluß (A 1 bzw. A 2) liegend vorstellen muß. In Abhängigkeit davon, in welcher Weise der Hall-Effekt-Schalter in bezug auf einen Perma­ mentmagnetpol angeordnet ist und welche Polarität (Nord- oder Südpol) dieser aufweist, ist der Schaltkontakt ent­ weder geschlossen oder geöffnet.

Die Steuerung des Schalttransistors T 2 soll nachstehend kurz beschrieben werden.

Dabei sei zunächst angenommen, daß wegen der entsprechenden Läuferstellung der Hall- Effekt-Schalter HS 2 geöffnet sei. Dann erhält der Schalt­ transistor T 2 über D 1, T 3, R 3 und R 6 eine positive Ba­ sisspannung, d. h. er ist leitend gesteuert. Bei einer Veränderung der Läuferstellung zwischen 0 und 180 Winkel­ graden, erfolgt das Schließen des Schaltkontaktes, den der Hall-Effekt-Schalter HS 2 darstellt. Dadurch erhält die Basis von T 2 nahezu das gleiche Potential wie der negative Anschluß der Spannungsquelle, wodurch der Tran­ sistor T 2 in den gesperrten Zustand gesteuert wird.

Wenn nun der Motor blockiert wird, dann wird in der Stän­ derwicklung W 1 keine Induktionsspannung mehr erzeugt. Die positive Basisspannung an T 3 bleibt noch so lange erhalten, bis sich der Kondensator C 3 entladen hat. Bei einem kurzzeitigen Blockieren könnte der Motor also so­ gleich wieder anlaufen. Die Zeitdauer bis zum endgülti­ gen Abschalten des Transistors T 3 ist von der Kapazität des Kondensators C 3 und der Betriebsspannung abhängig.

Bleibt der Motor aber auch über diese Zeit hinaus bloc­ kiert, dann fällt der Kollektorstrom des Schalttransistors T 1 auf den Wert 0 ab. Nach Beendigung der Blockierung ist der Motor wieder betriebsbereit und kann nach Aus­ führung einer der nachfolgend beschriebenen Maßnahmen wieder anlaufen:

• - durch erneutes Einschalten der Betriebsspannung,
• - durch einen Drehimpuls (Läufer anwerfen).

Dabei wird der Kondensator C 2 kurzzeitig aufgeladen und hält bis zu seiner Entladung die Basis des Transi­ stors T 3 positiv. Der Motor kann wieder anlaufen und es entsteht eine Wechselspannung am Kollektor des Tran­ sistors T 1, so daß in der bereits beschriebenen Weise die Basis des Transisitors T 3 eine positive Spannung er­ hält, solange der Motor läuft. Dabei hat die Größe des Kondensators C 3 auch einen Einfluß auf das Anlaufverhal­ ten des Motors.

Die Schaltungsanordnung kann auch in folgender Weise abgeändert sein.

• - Es kann die zum Schalten von Transistor T 3 benötigte positive Basisspannung auch aus einer bzw. aus zwei galvanisch getrennten Sekundärwicklungen gewonnen wer­ den, die gemeinsam mit den Motorspulen (als Primär­ wicklungen) auf dieselben Spulenkörper gewickelt sind. An Stelle der Einweggleichrichtung kann auch eine Zweiweggleichrichtung oder eine Brückenschaltung An­ wendung finden.
  Grundsätzlich kann für T 3 anstelle des npn-Tran­ sistors auch ein pnp-Transistor verwendet werden. In einem solchen Fall müßte aber auf eine ent­ sprechende Polung der Bauelemente geachtet werden.

Bei der aus Fig. 2 ersichtlichen Schaltungsanordnung arbeitet der Blockierungsschutz in der gleichen Weise, wie dies vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrie­ ben worden ist. Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 handelt es sich um eine elektronische Kommutierungs­ schaltung, bei der die Ständerwicklungen W 1 und W 2 bi­ polar gesteuert werden. Entsprechend der Läuferstellung und somit des Schaltzustandes der Hall-Effekt-Schalter HS 1 und HS 2 sind entweder die Schalttransistoren T 1 und T 2 oder die Schalttransistoren T 3 und T 4 leitend, so daß die parallel geschalteten Ständerwicklungen W 1 und W 2 während einer halben Ständerdrehung in der einen Richtung und während der nächsten halben Ständerdrehung in der anderen Richtung vom Strom durchflossen sind.

Die Blockierschutzschaltung gemäß Fig. 2 weist keinen Kondensator zwischen den Ständerwicklungen W 1, W 2 und der Diode D 2 auf (C 3 in Fig. 1). Es hat sich herausge­ stellt, daß dieser bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 nicht erforderlich ist.

Claims (3)

1. Anordnung zur elektronischen Kommutierung eines einen Ständer und einen wenigstens zweipolig magnetisierten permanentmagnetischen Läufer besitzenden bürstenlosen Gleichstrommotors, bei dem das Ein- und Ausschalten des Ständerstromes über von Läuferstellungssensoren, wie Hall-Effekt-Schaltern, gesteuerten Schalttransistoren erfolgt und eine elektrische Blockierungsschutzanordnung vorgesehen ist, welche aus einem Transistor und einem Kondensator besteht, bei welcher der Transistor von einer am Ständer abgegriffenen rotationsabhängigen Steuerspannung gesteuert wird und nach dem Einschalten eine Aufladung des Kondensators einen Basisstrom für die Schalttransistoren zum Anlaufen des Gleichstrommotors bei nicht blockiertem Läufer bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors (T 3; T 5) über jeweils einen Widerstand mit der Basis der Schalttransistoren (T 1, T 2; T 1-T 4) sowie mit jeweils einem Schaltausgang der Läuferstellungssensoren (HS 1, HS 2) und die Basis des Transistors (T 3; T 5) über den Kondensator (C 2) mit seinem Kollektor verbunden sind, wobei der Basis des Transistors (T 3; T 5) über eine Diode (D 2) die Steuerspannung zugeführt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung am gemeinsamen Anschluß des Kollektors eines Schalttransistors (T 1) mit der zugehörigen Ständerwicklung (W 1) abgegriffen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Anode der Diode (D 2) und dem gemeinsamen Anschluß des Kollektors eines Schalttransistors (T 1) mit der zugehörigen Ständerwicklung (W 1) ein Kondensator (C 3) angeordnet ist.