DE3107623C2

DE3107623C2 -

Info

Publication number: DE3107623C2
Application number: DE3107623A
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Urawa Saitama Jp Uzuka
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1980-02-29
Filing date: 1981-02-27
Publication date: 1990-01-18
Also published as: JPS56123793A; FR2477337A1; ATA90281A; US4385265A; CA1160279A; FR2477337B1; IT1138959B; IT8120017A0; AT376851B; DE3107623A1; GB2071939A; GB2071939B; JPS631039B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Ansteuerschaltung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der DE 27 44 089 A1 bekannt. Die Flanken der Rechtecksignale vom Rotorstellungsgeber werden durch ein RC-Glied abgerundet, wie dies in den Fig. 1A und 1B dargestellt ist. In den Figuren ist jeweils das eingehende Rechtecksignal gestrichelt dargestellt, während das vom RC-Glied bearbeitete Signal mit einer durchgezogenen Linie gezeichnet ist. Durch den jeweils verlangsamten Anstieg und Abfall der Steuerströme für den Treiber verschieben sich die Schaltzeitpunkte jeweils um t₁ bzw. t₂. Dies reduziert den Motorwirkungsgrad. Bei hoher Motordrehzahl und damit hoher Frequenz des Rechtecksignals wird ferner das Verhältnis der Verzögerungszeiten t₁ und t₂ zur Breite eines Rechtecksignales größer. Die Verzögerungzeiten können mit der Zeitkonstante des RC-Gliedes zwar verkleinert werden, aber damit nehmen von der Wicklung erzeugte hörbare Geräusche zu, weswegen die Zeitkonstante einen gewissen Wert nicht unterschreiten darf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansteuerschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor anzugeben, die bei hohem Ansteuerwirkungsgrad zu geringer Geräuschbildung führt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 3.

Die erfindungsgemäße Schaltung ist so ausgebildet, daß die Anstiegs- und Abfallzeitintervalle des durch die Wicklung fließenden Stromes lastabhängig gesteuert werden. Dies erfolgt dadurch, daß die Amplitude des Steuerstromes variiert wird und zwar so, daß sie mit zunehmendem Wicklungsstrom zunimmt, mit abnehmendem Wicklungsstrom abnimmt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1A und 1B graphische Darstellungen von rechteckigen Steuerströmen, deren Flanken mit Hilfe eines RC- Gliedes abgerundet sind;

Fig. 2 Kennlinien zu einem bürstenlosen Gleichstrommotor,

Fig. 3 eine grafische Darstellung erfindungsgemäß erzeugter Treibersignale und Steuerströme, und

Fig. 4 und 5 schematische Schaltbilder eines ersten und zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Treiberschaltung.

Gemäß Fig. 2 nimmt mit steigender Belastung des Motors die Drehzahl N ab, während gleichzeitig der Strom I größer wird. Bei dem bürstenlosen Gleichstrommotor verhält sich der Strom I umgekehrt proportional zu einer Treiber- oder Schaltfrequenz f bei konstanter Treiberspannung. Der in der Wicklung entstehende elektromagnetische Geräuschpegel verhält sich zu dem Strom I proportional und zu der Umschaltfrequenz des Stroms I umgekehrt proportional. Aufgrund dieser Erkenntnis wird erfindungsgemäß die Anstiegsflanke eines Rechtecksignals P₁ mit einer Zeitkonstante τ₁, und deren Abstiegsflanke mit einer anderen Zeitkonstante τ₂ integriert, und das ergibt den Steuerstrom des Treibers für den Wicklungsstrom S₁ (Fig. 3). Diese Flankenabschrägung eines ursprünglichen Rechecksignals erfolgt erfindungsgemäß durch ein RC- Glied (Widerstand + Kondensator), wobei als Besonderheit die Ansstiegszeit und die Abstiegszeit in Abhängigkeit von der Größe des die Motorwicklung durchfließenden Stroms gesteuert werden.

Mit abnehmender Belastung und damit steigender Drehzahl N oder f verringert sich der Pegel des Rechtecksignals P₁ auf P₂, P₃ . . ., und durch Integrieren der Anstiegs- und Abstiegsflanke dieser Rechtecksignale P₁, P₂, P₃ . . . mit den Zeitkonstanten τ₁ bzw. τ₂ entstehen gem. Fig. 3 verformte Steuerströme S₁, S₂, S₃ . . ., deren An- bzw. Abstiegszeiten mit abnehmender Breite der Rechtecksignale P . . . ebenfalls in folgender Weise kürzer werden: t₁₁ < t₁₂ < t₁₃ < . . ., und t₂₁ < t₂₂ < t₂₃ < . . . Wenn beim Motoranlauf oder großer Belastung die Drehzahl N klein und der Strom I groß ist, besteht Anlaß zu starker Wicklungsgeräuschbildung, die erfindungsgemäß aber durch relativ lange Anstiegs- und Abstiegszeiten t₁ und t₂₁ des Stroms I weitgehend verhindert wird. Dabei wird der Schaltzeitpunkt gegenüber dem Rechtecksignal verzögert, aber das Verhältnis der Verzögerungszeit zur Rechtecksignalbreite ist nicht sehr groß, folglich leidet auch der Motorwirkungsgrad nicht sehr unter der Verzögerungszeit. Wenn bei geringer Motorbelastung oder hoher Drehzahl N der Strom I und auch der Wicklungsgeräuschpegel klein ist, wird mit verkürzten Anstiegs- und Abstiegszeiten t₁₃ und t₂₃ gearbeitet, und der Motorwirkungsgrad steigt entsprechend an. Durch gezielte Bemessung der Zeitkonstanten τ₁ und τ₂ kann der Motor stets mit geringem elektromagnetischem Wicklungsgeräusch und nur wenig vermindertem Wirkungsgrad gefahren werden, ohne Rücksicht auf eine jeweilige Belastung.

Wenn bei dem in Fig. 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Transistor Q₁ durch ein über einen Eingang 1 bezogenes Rechtecksignal P abwechselnd ein- und abgeschaltet wird, erzeugt ein nachgeschalteter Transistor Q₂ an seinem Kollektor ein entsprechendes Rechtecksignal, ein integriertes Treibersignal, dessen Anstiegsflanke durch ein aus Widerstand R₁ und Kondensator C₁ gebildetes RC-Glied mit einer Zeitkonstante τ₁ und dessen Abstiegsflanke durch ein aus Widerstand R₂ und Kondensator C₁ bestehendes RC-Glied mit einer anderen Zeitkonstante τ₂ integriert wird. Das integrierte Treibersignal geht über einen Transistor Q₃ und wird zur Ansteuerung eines Transistors Q₄ benutzt, um den Treiberstrom I durch eine Wicklung 2 zu schicken. Der Basisstrom I _B, S von Q₄ wird immer so gesteuert, daß seine Kollektor/Emitterspannung V _CE immer annähernd gleich seiner Basis/Emitterspannung V _BE ist und dieser Transistor Q₄ in Sättigung arbeitet. Zu Regelzwecken geht die Spannung V _CE an die Basis eines Transistors Q₅. Mit steigendem Strom I steigen V _CE und der Basisstrom von Q₅ an, so daß die Kollektorspannung von Q₅ fällt und die Kollektorspannung V von Transistor Q₂ steigt und damit den Signalpegel des Treibersignals und folglich den Basisstrom I _B von Q₄ anhebt. Durch Verlängerung der Anstiegs- und Abstiegszeiten des Treibersignals wird das elektromagnetische Wicklungsgeräusch in der Wicklung 2 unterdrückt. Mit fallendem Strom I läuft der umgekehrte Regelvorgang ab, durch Pegelabsenkung des Treibersignals S werden die Anstiegs- und Abstiegszeiten verkürzt und der Motorwirkungsgrad damit verbessert. Folglich steigt und fällt die Kollektorspannung V des Transistors Q₂ proportional zu dem Strom I, es wird der gleiche Effekt wie in Fig. 3 erzielt. Eine Diode D₁ beschneidet den Entladestrom des Kondensators C₁, zu dem der Widerstand R₂ parallel geschaltet sein kann.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind mit Fig. 4 übereinstimmende Einzelheiten mit gleichen Bezugszeichen versehen. In Fig. 5 sind Dioden D₁, D₃, D₄, D₅ so ausgelegt, daß die Spannungen zwischen ihrer Anode und Kathode annähernd gleich der Basis/Emitterspannung V _BE eines Transistors Q₆ ist und dadurch die Basis dieses Transistors über D₂, D₃, D₄ sowie zwei Äquivalenzwiderstände R₃ eine Bezugsspannung V _A = 2,5 V _BE erhält, die sich auch so ausdrücken läßt: V _A = V _BE + I₁R₄ + V _BE + V _CE. Darin entspricht I₁ dem durch Q₆ fließenden Strom, V _BE der bereits erwähnten Basis/ Emitterspannung von Q₆ und außerdem dem Spannungsabfall an der Diode D₅, und V _CE der Kollektor/Emitterspannung von Transistor Q₄. Da der Widerstandswert von R₄ klein ist, kann I₁R₄ in der Gleichung vernachlässigt werden, und dann ist V _A ≈ 2V _BE + V _CE. Der Wert V _CE von Q₄ wird auf annähernd 0,5 V _BE gehalten, folglich arbeitet der Transistor Q₄ fast in der Sättigung, bei der der Strom I₁ mit steigendem Strom I fällt und den Wert des Basisstroms I _B für Q₄ hebt. Die Anstiegs- und Abstiegszeiten des Treibersignals werden dadurch verlängert und Wicklungsgeräusche der Wicklung 2 unterdrückt. Wenn dagegen bei kleiner Belastung der Strom I kleiner wird, findet der umgekehrte Vorgang statt, und der Basisstrom I _B wird reduziert. Folglich werden die Anstiegs- und Abstiegszeiten des Treibersignals kleiner und der Motorwirkungsgrad angehoben.

Die in Fig. 4 und 5 dargestellte Treiberschaltungen gelten jeweils für eine Wicklung 2 eines bürstenlosen Gleichstrommotors, für mehrere Wicklungen eines solchen Motors müssen entsprechend viele Treiberschaltungen gem. Fig. 4 und 5 vorhanden sein. Ferner gibt ein nicht dargestellter Positionsdetektor ein der Winkelposition eines Rotors entsprechendes Positionssignal ab, auf dessen Grundlage Rechtecksignale P mit unterschiedlicher Phase erzeugt und zur sequentiellen Erregung der Wicklungen in die Eingänge der einzelnen Treiberschaltungen eingespeist werden.

Erfindungsgemäß werden in Abhängigkeit von dem durch die Wicklung fließenden Strom die Anstiegs- und Abstiegszeiten des Stroms so beeinflußt, daß bei großen Stromwerten wie beim Start oder bei hoher Belastung die Anstiegs- und Abstiegszeiten verlängert und dadurch Wicklungsgeräusche unterdrückt werden. Da der Motor bei großer Stromaufnahme langsam läuft, wird sein Wirkungsgrad durch die verlängerten An- und Abstiegszeiten kaum beeinträchtigt. Bei geringen Last- und Stromwerten ist die Wicklungsgeräuschbildung ohnehin gering, die An- und Abstiegszeiten werden verkürzt und dadurch der Motorwirkungsgrad angehoben.

Claims

1. Ansteuerschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit mindestens einer Wicklung (2), mit einem Rechtecksignale (P) erzeugenden Rotorstellungsgeber und mit jeweils einem die Wicklung in Abhängigkeit des Rotorstellungsgebers an Spannung legenden Treiber (Q₄), wobei jeweils die Rechtecksignale an den Flanken abgeflacht sind und dem Treiber als rotorstellungsabhängiger Steuerstrom (S, I _B) zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstrom (S, I _B) aus den Rechtecksignalen (P) durch eine integrierende Schaltung (R 1, C 1; R 2, C 1) erhalten wird, wobei die Amplitude der Rechecksignale mit zunehmendem Wicklungsstrom (I) zunimmt, mit abnehmendem Wicklungsstrom abnimmt.

2. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Integration für den ansteigenden Steuerstrom und für den abfallenden Steuerstrom durch unterschiedliche RC-Glieder (R 1, C 1; R 2, C 1) erfolgt.

3. Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Treiber (Q₄) ein Transistor ist, daß die Wicklung (2) an Kollektor des Transistors angeschlossen ist, die Kollektor/Emitterspannung (V _CE) des Transistors ermittelt wird, die ein Maß für den Wicklungsstrom ist, und daß der dem Kondensator (C₁) der integrierenden Schaltung zugeführte Strom von der Kollektor/Emitterspannung (V _CE) abhängt.