DE3013550C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ansteuersystem für einen kollek­ torlosen Gleichstrommotor, der einen permanentmagnetischen Rotor sowie einen mehrere Wicklungen aufweisenden Stator umfaßt, mit Schalteinrichtungen, die jeweils einer Wicklung zugeordnet und zur Herstellung und Unterbrechung einer Ver­ bindung dieser Wicklungen mit einer Gleichspannungsquelle durch Steuerspannungen beaufschlagt sind, die infolge einer Drehung des Rotors in den Wicklungen induziert werden, sowie mit einer Anlaufsteuerung zur Einleitung einer Rotordrehung aus dem Stand.

Bei einem aus der DE-OS 24 50 968 bekannten Ansteuersystem der eingangs genannten Art verbindet jede Schalteinrichtung die ihr jeweils zugeordnete Wicklung dann mit der Spannungs­ quelle, wenn die in einer anderen Wicklung induzierte Span­ nung negativ wird. Andererseits wird diese Verbindung wieder unterbrochen, wenn die in dieser anderen Wicklung induzierte Spannung Null wird. Es wird demnach die in einer Wicklung in­ duzierte Spannung als ein Lagesignal des Rotors erfaßt, um einer jeweils anderen Wicklung einen Antriebsstrom zuzufüh­ ren.

Ungünstig bei dieser bekannten Schaltungsanordnung ist, daß beispielsweise gegebene Winkeltoleranzen zwischen den Stator­ wicklungen in die Steuerung eingehen können. Andererseits können Einsetzpunkt und Dauer der Beaufschlagung einer jewei­ ligen Wicklung nicht ohne weiteres variiert werden.

In der US-PS 36 11 081 ist ein Ansteuersystem für einen kol­ lektorlosen Gleichstrommotor beschrieben, bei dem eine be­ treffende Statorwicklung dann beaufschlagt wird, wenn die in einer jeweils anderen Wicklung induzierte Steuerspannung größer als die Batteriespannung wird.

Aus der DE-OS 23 28 315 geht eine Schaltungsanordnung zum Be­ trieb eines elektronisch gesteuerten, kollektorlosen Gleich­ strommotors hervor, bei welcher der Anfangszeitpunkt einer Beaufschlagung einer jeweiligen Wicklung durch die in dersel­ ben Wicklung induzierte Steuerspannung bestimmt wird. Gleich­ zeitig mit dem Beginn der Beaufschlagung dieser Wicklung wird die Stromzufuhr zu einer jeweils anderen Wicklung unter­ brochen.

In der DE-AS 20 12 571 sowie der DE-Z Elektronik 1971, sind Steuersysteme beschrieben, bei denen in den Wicklungen indu­ zierte Steuerspannungen einen Multivibrator beaufschlagen, der sowohl den Einschaltzeitpunkt als auch die Dauer der Be­ aufschlagung der Spulen bestimmt. Hierbei wird eine betref­ fende Wicklung stets in Abhängigkeit von der in einer je­ weils anderen Wicklung induzierten Steuerspannung beauf­ schlagt. So ist z. B. vorgesehen, daß im stationären Zustand die induzierte Spannung eines jeweiligen Stranges das Ein­ schalten der übernächsten Stufe mit 60° Phasenverzögerung be­ wirkt.

In der DE-OS 24 28 718 ist eine Kommutierungseinrichtung be­ schrieben, bei der das Durchschalten einer betreffenden Phase in Abhängigkeit davon erfolgt, ob der aus den Spannun­ gen der beiden anderen Phasen gewonnene Mittelwert eine Be­ zugsspannung überschreitet oder nicht. Ein Sperren der Phase erfolgt in Abhängigkeit davon, ob die Spannung einer Phase einer zusätzlichen Steuerwicklung die Bezugsspannung unter­ schreitet oder nicht. Hierbei ist der schaltungs- und steu­ erungstechnische Aufwand relativ groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ansteuersystem der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem Länge und Pha­ senlage des Einsetzens des Stromes vorgebbar sind.

Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß jede der Wicklungen über die ihr zugeordnete Schalteinrichtung stets dann mit der Gleichspannungsquelle verbindbar ist, wenn die in derselben Wicklung induzierte Steuerspannung wäh­ rend ihres ins Negative gehenden Abschnitts einen vorgebba­ ren ersten Wert erreicht und diese Verbindung durch die Schalteinrichtung wieder unterbrechbar ist, wenn die in einer anderen Wicklung induzierte Steuerspannung während ihres ins Positive gehenden Abschnitts einen vorgebbaren zweiten Wert erreicht.

Das Einsetzen des Stromes in einer bestimmten Statorwicklung wird hierbei in Abhängigkeit von einem vorgebbaren ersten Wert und der Steuerspannung bestimmt, die in derselben Wick­ lung induziert wird. Damit wird erreicht, daß die Spannung genau phasenrichtig auf die Statorwicklung gegeben wird, die gerade antriebsmäßig auf den Rotor wirkt. Es lassen sich so erhebliche Lastschwankungen des Motors sicher beherrschen. Herstellungstechnische Wickeltoleranzen zwischen den Stator­ wicklungen gehen nicht in die Steuerung ein. Der zum Einset­ zen des Stromes herangezogene Durchgang der entsprechenden Rotationsspannung ins Negative läßt sich leicht diskriminie­ ren, insbesondere wenn man die Spannung der Spannungsquelle als Referenz wählt. Aufgrund der Unterbrechung der Strombe­ aufschlagung einer Wicklung in Abhängigkeit von einem zwei­ ten vorgebbaren Wert und einer ins positive gehenden Steuer­ spannung, die in einer anderen Wicklung induziert wird, läßt sich die Dauer der Strombeaufschlagung ohne Beeinträchtigung anderer Funktionen der Schaltung problemlos variieren.

Durch die erfindungsgemäße Kombination von besonderer Ansteu­ erung einer jeweiligen Wicklung und Unterbrechung der Beauf­ schlagung dieser Wicklung ist bei geringstem schaltungstech­ nischen Aufwand problemlos eine relativ weitgehende Varia­ tionsbreite der Bestimmung des Einsetzpunktes und der Dauer der Beaufschlagung und gleichzeitig jeweils eine sehr präzi­ se Vorgabe dieser Werte möglich.

Vorteilhafterweise ist die Schalteinrichtung mittels einer Verzögerungsschaltung verzögert unterbrechbar.

Aus der Zeitschrift Industrie-Elektrik plus Elektronik, 19. Jahrgang, 1974, S. 405 bis 410 ist zwar bekannt, die Transi­ stor-Endstufe einer elektronischen Kommutatorschaltung verzö­ gert abzuschalten. Die zeitliche Verzögerung hat hier jedoch nur die Funktion, einen aufgrund der Wicklungsinduktivität des Stators erforderlichen Abbau der magnetischen Energie zu ermöglichen, ohne die Transistor-Endstufe übermäßig zu bela­ sten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild eines Ansteuerungssystems für einen kollektorlosen Gleichstrommotor, und

Fig. 2 eine Reihe von Zeitschaubildern von Spannungen an verschiedenen Punkten der Schaltung nach Fig. 1.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ist das in der ganzen Schaltung gemeinsame Erdpotential 5 jeweils mit dem Schalt­ zeichen DIN 40712, laufende Nr. 33, bezeichnet.

Als Spannungsquelle für das erfindungsgemäße System kann eine herkömmliche Speicherbatterie 3 oder jede andere, mit den Strom- und Spannungsanforderungen der Anwendung verträg­ liche Gleichspannungsquelle Verwendung finden. Um Fig. 1 einfacher zu halten, sind besondere Verbindungen von der Batterie 3 mit verschiedenen Punkten des Systems, die Be­ triebsspannung erfordern, weggelassen worden. Es ist jedoch dabei zu verstehen, daß alle Punkte des Schaltbildes, die durch ein +-Zeichen in einem Kreis gekennzeichnet sind, mit der positiven Ausgangsklemme der Batterie 3 oder einer anderen jeweils verwendeten Gleichstromquelle verbunden sind.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung werden vier Operationsverstärker verwendet. Bei der tatsächlichen Ausführung finden Operationsverstärker Verwendung, wie sie von der Firma National Semiconductor Corporation unter der Bezeichnung LM 3900 vertrieben werden; es handelt sich um Norton-Operationsververstärker. Diese Operations­ verstärker sind handelsüblich und bilden selbst keinen Teil der Erfindung; die verwendeten Norton- Operationsverstärker 25, 40, 50, 60 sind in Fig. 1 durch das übliche Symbol dieser Schaltungen dargestellt. Dabei sind die Norton-Verstärkerschaltungen nur als Beispiel für eine Verstärkerschaltung verwendet, die für das erfindungs­ gemäße Ansteuerungssystem brauchbar ist, und andere Ver­ stärkerschaltungen mit gleichartigen elektrischen Eigen­ schaften können stattdessen verwendet werden. Während sonst bekannte Operationsverstärkerschaltungen auf der Differenzbildung von Eingangsspannungen beruhen, arbeiten die Norton­ Verstärkerschaltungen mit der Differenzbildung von Eingangs­ strömen. Deswegen werden hohe externe Eingangswiderstände benutzt, um anliegende Eingangsspannungen in Eingangs­ ströme zu wandeln. Die Betriebsweise eines Norton-Ver­ stärkers beruht auf dem Prinzip, daß dann, wenn der in die Plus(+)-Eingangsklemme fließende Strom eine größe­ re Stromstärke besitzt, als der in die Minus(-)-Eingangs­ klemme fließende, das Ausgangssignal der Schaltung auf einen Wert ansteigt, der im wesentlichen gleich der Ver­ sorgungsspannung ist, und daß dann, wenn der in die Minus (-)-Eingangsklemme fließende Strom eine größere Stromstärke besitzt, als der in die Plus(+)-Eingangsklemme fließende Strom, das Ausgangssignal der Schaltung im wesentlichen auf Erdpotential abfällt.

In Fig. 1 ist ein kollektorloser Gleichstrommotor 6 mit einem polyphasen Stator 7 gezeigt, wobei letzterer drei Statorphasenwicklungen A, B, und C besitzt, und mit einem permanentmagnetischen Rotor 8, der in der gezeigten Weise in Durchmesserrichtung mit Nord- und Südmagnetpolen magnetisiert ist. Der in Fig. 1 dargestellte Motor wird als Zweipol-Permanentmagnetrotor- Motor mit einem Dreiphasenstator bezeichnet, wobei ein Wicklungsende jeder der drei Statorphasenwicklungen mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt N verbunden ist. Der permanentmagnetische Rotor 8 wird in magnetischer Kopplungs­ beziehung mit den Statorphasenwicklungen A, B und C gedreht, wobei die Drehung des Rotors 8 durch das magnetische Feld des Rotors Wechselspannungs-Wellenformen in den Stator­ phasenwicklungen A, B und C induziert, die jeweils gegen­ einander phasenversetzt sind, und zwar wird das Ausmaß der Phasenversetzung bestimmt durch die Anzahl der Stator­ phasen. Bei einem Dreiphasenstator, wie er in Fig. 1 dar­ gestellt ist, sind die induzierten Wechselspannungs­ Wellenformen gegeneinander um jeweils 120 elektrische Grade versetzt.

Die Versorgungsspannungsquelle, d. h. also die Batterie 3, kann mit Hilfe eines einpoligen Ein-Aus-Schalters 10 mit dem Ansteuerungssystem verbunden oder von ihm getrennt werden; der Schalter 10 besitzt einen beweglichen Kontakt 11 und einen stationären Kontakt 12; es kann aber auch stattdessen ein anderes elektrisches Schaltgerät Verwendung finden. Wie später näher erklärt wird, können die Statorphasenwicklungen A, B und C individuell durch eine damit verbundene Versorgungs­ spannungsquelle, beispielsweise die Batterie 3, über jeweilige einzelne Statorphasenbeaufschlagungsschaltungen erregt werden, wobei diese Schaltungen jeweils so ausgelegt sind, daß sie an eine externe Versorgungsspannungsquelle angelegt werden können. Die Beaufschlagungsschaltung für die Stator­ phasenwicklung A enthält die Leitung 9, den beweglichen Kontakt 11 und den stationären Kontakt 12 des Schalters 10, die Leitung 13, den Knotenpunkt N, die Statorphasenwicklung A, die Leitung 14, die stromführenden Elemente eines Darlington- Paares 15 aus zwei NPN-Transistoren und den Bezugspunkt oder das Erdpotential 5. Die Beaufschlagungsschaltung für die Statorphasenwicklung B enthält die Leitung 9, den beweglichen Kontakt 11 und den stationären Kontakt 12 des Schalters 10, die Leitung 13, den Knotenpunkt N, die Statorphasenwicklung B, die Leitung 16, die stromführenden Elemente des Darlington- Paares 17 und den Bezugspunkt oder das Erdpotential 5. Die Beaufschlagungsschaltung für die Statorphasenwicklung C enthält die Leitung 9, den beweglichen Kontakt 11 und den stationären Kontakt 12 des Schalters 10, die Leitung 13, den Knotenpunkt N, die Statorphasenwicklung C, die Leitung 18, die stromführenden Elemente des Darlington-Paares 19 und den Bezugs- oder Erdpunkt 5. Diese Beaufschlagungsschal­ tungen sind so ausgelegt, daß sie über die Leitung 9 und den Schalter 10 sowie über den Bezugs- oder Erdpunkt 5 an eine äußere Versorgungsspannung anlegbar sind.

Das Ansteuersystem für den kommutatorlosen Gleichstrommotor gemäß der Erfindung enthält eine Startschaltung, die in dem gestrichelt gezeichneten Bereich 20 enthalten ist und nur dann aktiv wird, wenn der permanentmagnetische Rotor 8 keine oder fast keine Drehgeschwindigkeit besitzt, um eine Drehung des Rotors 8 vom Stillstand aus einzuleiten, wodurch die phasenversetzten Spannungswellenformen zunächst in den Statorphasenwicklungen A, B und C induziert werden, sowie drei miteinander identische Kommutationsschaltungen, die jeweils in den gestrichelt umschlossenen Bereichen 21, 22 und 23 enthalten sind. Wie später im Einzelnen näher beschrieben wird, sind die Kommutationsschaltungen 21, 22 und 23 jeweils mit den phasenversetzen Spannungswellenformen befaßt, die in den Statorphasenwicklungen A, B und C induziert werden, um die Drehung des Rotors 8 dadurch aufrechtzuerhalten, daß nacheinander die jeweiligen bereits beschriebenen indi­ viduellen Erregungs- oder Beaufschlagungsschaltungen für die Statorphasenwicklungen hergestellt und daraufhin wieder unter­ brochen werden. Jeweils eine der Kommutationsschaltungen 21, 22 und 23 entspricht einer jeweiligen Statorphasenwicklung A, B bzw. C und bewirkt jeweils die Herstellung der Beaufschla­ gungs- oder Erregungsschaltung für die jeweilige Stator­ phasenwicklung, der sie zugeordnet ist in Abhängigkeit von dem jeweiligen, in der Statorphasenwicklung induzierten, ins Negative gehenden Abschnitt der Spannungswellenform, und die Unterbrechung dieser Beaufschlagungs- oder Erregungs­ schaltung in Abhängigkeit von einem vorbe­ stimmten Potentialwert während des ins Positive gehenden Abschnittes der in einer anderen Statorphasenwicklung indu­ zierten Spannungswellenform; dadurch werden nach einer Einleitung der Drehung des Rotors 8 vom Stillstand durch die Startschaltung 20 die Statorphasenwicklungen A, B und C nacheinander erregt und daraufhin wieder entregt in Abhängigkeit von den phasenversetzten Wechselspannungs­ wellenformen, die in diesen Statorphasenwicklungen A, B und C induziert werden, um ein sich drehendes Magnetfeld zu erzeugen, das die Drehung des Rotors 8 aufrechterhält.

Die Startschaltung 20 besteht aus einer Schaltungskombination mit einer Norton-Verstärkerschaltung 25, Eingangswiderständen 26 und 27 und einer Regelschaltung, die die Parallelver­ bindung aus dem Widerstand 24 und der Reihenschaltung aus Kondensator 28 und Widerstand 29 enthält, so daß ein her­ kömmlicher monostabiler Multivibrator gebildet wird. Wie auf dem Fachgebiet dieser Schaltungen bekannt, arbeitet ein monostabiler Multivibrator normalerweise in einem stabilen Zustand, er kann jedoch in einen alternativen Zustand während einer vorbestimmten Zeitlänge getriggert werden, die durch eine zugeordnete zeitbestimmende Schaltung festgelegt ist und kehrt nach Ablauf dieser vorbestimmten Zeit in den ursprünglichen stabilen Zustand zurück. Da die Minus(-)-Ein­ gangsklemme des Norton-Verstärkers 25 mit der positiven Ausgangsklemme der Versorgungsspannungsquelle über den Eingangswiderstand 26 verbunden ist, liegt das Ausgangs­ signal des Norton-Verstärkers 25 an dem Verbindungspunkt 30 im wesentlichen auf Erdpotential, während die monostabile Multivibratorschaltung sich im normalen stabilen Zustand befindet. Nach der erstmaligen Beaufschlagung mit Ver­ sorgungsspannung durch Schließen der elektrischen Ver­ bindung über den beweglichen Kontakt 11 des Schalters 10 mit dem stationären Kontakt 12 dieses Schalters werden alle Kondensatoren der Schaltung entladen und infolgedessen wird eine willkürlich festgelegte Phasenwicklung A, B oder C im allgemeinen erregt und ein in der Startschaltung 20 ent­ haltener NPN-Transistor 32 befindet sich im nicht leitenden Zustand. In diesem Zustand des NPN-Transistors 32 lädt sich der Kondensator 33 über den Ladewiderstand 34 durch die Ver­ sorgungsspannungsquelle auf. Wenn der Kondensator 33 bis zu einer Ladespannung aufgeladen hat, die so groß ist, daß mehr Strom über den Eingangswiderstand 27 der Plus(+)-Eingangs­ klemme des Norton-Verstärkers 25 zugeführt wird, als er von der Versorgungsspannungsquelle über seine Minus(-)-Ein­ gangsklemme über den Eingangswiderstand 26 erhält, wird die monostabile Multivibratorschaltung in den alternativen Zustand getriggert, in dem das Ausgangssignal an der Ver­ bindungsstelle 30 auf einen Spannungswert ansteigt, der annähernd gleich dem der Versorgungsspannung ist (er ist in diesem Falle zweimal die Abfallspannung an einer Diode geringer als der Versorgungsspannungswert). Während der monostabile Multivibrator sich im alternativen Zustand befindet, gibt die an der Verbindungsstelle 30 vorhandene Ausgangsgleichspannung in Form eines Signalimpulses einen Basis-Emitter-Treiberstrom an den NPN-Transistor 32 über den Widerstand 36 ab. Dieser Treiberstrom triggert den NPN-Transistor 32 so, daß seine Kollektor-Emitter-Strecke leitend wird und den Kondensator 33 entlädt. Zusätzlich wird der an der Verbindungsstelle 30 vorhandene Ausgangs­ signalimpuls des monostabilen Multivibrators an den Plus (+)-Eingang des Norton-Verstärkers 40 der Kommutierungs­ schaltung 21 angelegt und führt diesem Eingang über die Diode 37, den Widerstand 38 und die Leitung 39 Strom zu; gleichzeitig wird Strom über die Diode 41, den Widerstand 42 und die Leitung 43 dem Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 50 der Kommutierungsschaltung 22 zugeführt und der Kon­ densator 44 erhält über den Ladewiderstand 45 Ladestrom und gleichzeitig wird Strom über die Diode 46, den Wider­ stand 47 und die Leitung 48 dem Minus(-)-Eingang des Norton- Verstärkers 60 der Kommutierungsschaltung 23 zugeführt. Der Stromfluß durch die Diode 37, den Widerstand 38 und die Leitung 39 in die Plus(+)-Eingangsklemme des Norton- Verstärkers 40 erzwingt die Umschaltung oder Triggerung dieses Bauelementes in den Zustand, in dem das Ausgangs­ signal an der Verbindung 51 sich auf einem Wert befindet, der im wesentlichen der Versorgungsspannung gleicht, und der Stromfluß durch die Diode 41, den Widerstand 42 und die Leitung 43 in den Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 50 erzwingt die Umschaltung oder Triggerung dieses Bau­ elementes in den Zustand, in dem sein Ausgangssignal an der Verbindungsstelle 52 im wesentlichen auf Erdpotential liegt, während der Stromfluß durch die Diode 46, den Wider­ stand 47 und die Leitung 48 in den Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 60 die Triggerung dieses Bauelementes in den Zustand erzwingt, in dem sein Ausgangssignal an der Verbindungsstelle 53 im wesentlichen Erdpotential ist. Weiter lädt der Ladestromfluß durch den Widerstand 45 an den Kondensator 44 diesen auf einen Potentialwert auf, der im wesentlichen zweimal den Spannungsabfall an einer Diode niedriger ist als die Versorgungsspannung, wobei die Ver­ bindungsstelle zwischen dem Kondensator 44 und dem Wider­ stand 45 annähernd einen Dioden-Spannungsabfall über Erd­ potential legt. Das an der Verbindungsstelle 51 der Kommu­ tierungsschaltung 21 vorhandene Signal mit positiv polari­ sierter Spannung ergibt einen Basisemitter-Treiberstrom durch den Widerstand 54 zum Darlington-Paar 15, zu dem ein Emitterwiderstand 56 gehört, um dieses Darlington-Paar in den Leitfähigkeitszustand zu treiben. Wenn das aus NPN- Transistoren bestehende Darlington-Paar 15 leitfähig ist, wird der bereits beschriebene Erregungskreis für die Phasen­ wicklung A geschlossen; er führt, wie bereits beschrieben, von der positiven Ausgangsklemme der Batterie 3 über die Leitung 9, die geschlossenen Kontakte 11 und 12 des Schalters 10, den Knotenpunkt N, die Phasenwicklung A, die Leitung 14 und die Strom-führenden Elemente des aus NPN-Transistoren bestehenden Darlington-Paares 15 zum Bezugs- oder Erdpunkt 5 (und damit zurück zur negativen Ausgangsklemme der Batterie 3). Da an den Verbindungsstellen 52 und 53 im wesentlichen Erd­ potential vorhanden ist, sind die individuellen Erregungs­ schaltungen für die Phasenwicklungen B und C zu diesem Zeitpunkt nicht geschlossen und damit sind diese Phasen­ wicklungen nicht beaufschlagt. Während der monostabile Multivibrator der Startschaltung 20 sich im alternativen Zustand befindet, wird der Rotor 8 mit den magnetischen Feldlinien ausgerichtet, die durch die beaufschlagte Stator­ phasenwicklung A erzeugt werden. Damit ist die Zeitlänge, in der der monostabile Multivibrator der Startschaltung 20 im alternativen Zustand bleibt, durch die Zeitlänge bestimmt, die notwendig ist, um den Rotor 8 mit dem durch die Stator­ phasenwicklung A erzeugten Magnetfeld auszurichten. Bei der tatsächlichen Ausführung liegt dieser Zeitabschnitt in der Größenordnung von 0,3 s. Bei Beendigung dieses Zeitabschnittes, der durch die RC-Zeitkonstante des Kondensators 28 und des Widerstandes 29 in der Regelungsschaltung, d. h. im Rück­ koppelkreis des Norton-Verstärkers 25 bestimmt wird, kehrt der monostabile Multivibrator spontan in seinen stabilen Betriebszustand zurück, in dem das Ausgangssignal an der Verbindungsstelle 30 im wesentlichen auf Erdpotential liegt. Zu diesem Zeitpunkt entlädt sich der zeitbestimmende Kon­ densator 28 durch die Diode 55 und stellt damit die Start­ schaltung 20 zurück. Da sich der Spannungsabfall am Kon­ densator 44 nicht augenblicklich ändern kann, wenn das an der Verbindungsstelle 30 vorhandene Signal im wesentlichen auf Erdpotential zurückgeht, wird die Spannung an der Ver­ bindung zwischen dem Kondensator 44 und dem Widerstand 45 in dem gleichen Maße negativ, wie es der Spannungsreduktion an der Verbindungsstelle 30 entspricht. Wenn beispielsweise eine Gleichspannungsversorgung 12 V vorhanden ist, liegt die Spannung an der Verbindungsstelle 30 in der Größen­ ordnung von 11 V und das Potential an der Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 44 und dem Widerstand 45 liegt in der Größenordnung von 0,5 V, während sich der monostabile Multivibrator der Startschaltung 20 im alternativen Zustand befindet. Wenn der monostabile Multivibrator zum stabilen Zustand zurückkehrt, fällt das Potential an der Verbindungs­ stelle 30 von 11 V auf annähernd 0,5 V ab und das Potential der Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 44 und dem Widerstand 45 wird annähernd -10,5 V. Infolgedessen wird von dem Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 50 der Kommutierungsschaltung 22 über die Leitung 53 und dem Wider­ stand 55 ein Strom in den Kondensator 44 gezogen, um diesen zu entladen. Die Dauer dieses Signalimpulses wird durch die RC-Zeitkonstante des Widerstandes 55 und des Kondensators 44 bestimmt und wirkt auf den Minus(-)-Eingang des Norton- Verstärkers 50 zurück. Infolge dieses Stromflusses aus dem Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 50 schaltet dieser abrupt auf den Zustand um, in dem sein Ausgangssignal an der Verbindungsstelle 52 in der Größenordnung der Ver­ sorgungsspannung liegt. Dieses Signal mit positiver Span­ nungspolarität an der Verbindungsstelle 52 ergibt einen Basisemitter-Treiberstrom über den Widerstand 57 für das aus NPN-Transistoren bestehende Darlington-Paar 17, das einen Emitterwiderstand 58 enthält, um dieses Darlington- Paar leitfähig zu triggern. Damit wird der Erregungskreis für die Statorphasenwicklung B geschlossen, der, wie bereits angeführt, von der positiven Ausgangsklemme der Batterie 3 über die Leitung 9, die geschlossenen Kontakte 11 und 12 des Schalters 10, die Knotenstelle N, die Statorphasen­ wicklung B, die Leitung 16 und die stromführenden Elemente des aus NPN-Transistoren bestehenden Darlington-Paares 17 zum Bezugs- oder Erdspannungspunkt 5 (und damit zur negativen Ausgangsklemme der Batterie 3) führt. Nach der Erregung der Statorphasenwicklung B wird das sich ergebende Magnetfeld der erregten Statorphasenwicklungen A und B nach links in Darstellung nach Fig. 1 verschoben gegenüber der Richtung des durch die erregte Statorphasenwicklung A erzeugten Magnetfeldes. Diese Verschiebung des Stator-Magnetfeldes bewirkt eine Drehung des Rotors 8 im Gegenuhrzeigersinn (nach Fig. 1) mit einer Geschwindigkeit, die größer als die minimale Kommutierungsgeschwindigkeit ist. Damit bewirkt die Schaltung 20 die Einleitung einer Drehung des Rotors 8 vom Stillstand zu einer Geschwindigkeit, die größer als die minimale Kommutierungsgeschwindigkeit ist. Zum Starten des Rotors 8 in Uhrzeigerrichtung muß die Erregung der Statorphasenwicklung C statt der Statorphasenwicklung B erzwungen werden, nachdem der Rotor 8 mit dem Magnetfeld ausgerichtet ist, das durch die erregte Statorphasenwicklung A erzeugt wird. Das kann dadurch bewirkt werden, daß die Reihenschaltung aus Kondensator 44 und Widerstand 45 mit der Minus(-)-Eingangsklemme des Norton-Verstärkers 60 der Kommutierungsschaltung 23 verbunden wird. Wie im Laufe der Beschreibung deutlich wird, ergibt das erfindungs­ gemäße Ansteuersystem eine Aufrechterhaltung der Drehung des Rotors 8 nach Einleitung vom Stillstand.

Aus der bisherigen Beschreibung geht hervor, daß die Start­ schaltung 20 einen monostabilen Multivibrator enthält, der einen ersten elektrischen Ausgangssignalimpuls von vorbestimmter Länge erzeugt, die durch die RC-Zeitkon­ stante des Zeitgeberkondensators 28 und des Widerstandes 29 bestimmt wird, und zwar nach Beaufschlagung mit der Ver­ sorgungsspannung, und einen Kondensator 44 und einen Wider­ stand 45 enthält, die einen zweiten elektrischen Ausgangs­ signalimpuls entgegengesetzter Polarität mit einer durch die RC-Zeitkonstante des Kondensators 44 und des Wider­ standes 45 bestimmten Zeitlänge nach Beendigung des ersten Ausgangssignalimpulses erzeugen. In einer später zu be­ schreibenden Weise wird die Startschaltung 20 bei auf­ rechterhaltener Drehung des Rotors 8 durch das erfindungs­ gemäße Ansteuersystem gesperrt.

Während der Rotor 8 sich dreht, induziert das Magnetfeld dieses sich drehenden Rotors 8 Wechselspannungs-Wellenzüge in den Statorphasenwicklungen A, B und C, die gegeneinander um 120° phasenversetzt sind, und die über die Gleichspannungs­ werte der Versorgungsspannungsquelle überlagert werden, wie es in den Kurvenzügen der Darstellung 2A in Fig. 2 dargestellt ist; dabei ist die Versorgungsspannung mit B⁺ bezeichnet. Die Amplitude und Frequenz der induzierten Potentialwellenformen sind direkt proportional zur Umdrehungs­ geschwindigkeit des Rotors 8. Wie nachfolgend erklärt wird, sind die aus NPN-Transistoren bestehenden Darlington-Paare 15, 17 und 19 nur in einem Teil der Zeit leitend und in einem weiteren Teil des Zeitablaufes nicht leitend. Beim nicht leitenden Zustand des Darlington-Paares 15 ist der Potential­ wert an der Verbindungsstelle 63 im wesentlichen gleich der Summe der Wechselspannungswellenformen, die in der Stator­ phasenwicklung A durch das Magnetfeld des Rotors 8 induziert werden, und dem Potentialwert der Versorgungsspannungsquelle, während bei leitfähigem Darlington-Paar 15 der Potential­ wert an der Verbindungsstelle 63 im wesentlichen auf Erde liegt, wie es in Fig. 2B dargestellt ist. Bei nicht leit­ fähigem aus NPN-Transistoren bestehenden Darlington-Paar 17 ist der Potentialwert an der Verbindungsstelle 64 im we­ sentlichen gleich der Summe der Wechselspannungswellenform, die in der Statorphasenwicklung B durch das Magnetfeld des Rotors 8 induziert wird, und dem Potentialwert der Versor­ gungsspannungsquelle, während bei leitfähigem aus NPN-Tran­ sistoren bestehenden Darlington-Paar 17 der Potentialwert an der Verbindungsstelle 64 im wesentlichen auf Erde liegt, wie es die Kurve in Fig. 2C zeigt. Bei nicht leitfähigem aus NPN-Transistoren bestehenden Darlington-Paar 19 ist der Potentialwert an der Verbindungsstelle 65 im wesentlichen gleich der Summe der Wechselspannungswellenform, die in der Statorphasenwicklung C durch das Magnetfeld des Rotors 8 induziert wird und dem Potentialwert der Versorgungsspannungs­ quelle, während bei leitendem aus NPN-Transistoren bestehenden Darlington-Paar 19 der Potentialwert an der Verbindungsstelle 65 im wesentlichen bei Erdpotential liegt, wie es die Kurve in Fig. 2D zeigt.

Die Kommutierung, d. h. der Übergang vom leitfähigen in den gesperrten Zustand und umgekehrt, der aus NPN-Transistoren bestehenden Darlington-Paare 15, 17 und 19, wird dadurch erreicht, daß der Potentialwert der Statorphasenwicklungen A, B und C erfaßt wird. Diese Kommutierung wird durch die Kommutationsschaltungen 21, 22 und 23 bewirkt, welche die in den Statorphasenwicklungen A, B und C durch das rotie­ rende Magnetfeld des Rotors 8 induzierten Spannungswellen­ formen erfassen. Der an der Verbindungsstelle 63 auftretende Potentialwert der Statorphasenwicklung A wird über den Widerstand 67, die Diode 68, den Kondensator 69 und die Diode 70 gefiltert. Der an der Verbindungsstelle 64 er­ scheinende Potentialwert der Statorphasenwicklung B wird durch den Widerstand 71, die Diode 72, den Kondensator 73 und die Diode 74 gefiltert. Der an der Verbindungsstelle 65 erscheinende Potentialwert der Statorphasenwicklung C wird durch den Widerstand 75, die Diode 76 , den Kondensator 77 und die Diode 78 gefiltert. Zusätzlich haben die Dioden 70, 74 und 78 die Funktion, das Potential an den jeweils zugeordneten Verbindungsstellen 81, 82 und 83 davor zu bewahren, auf einen Wert anzusteigen, der mehr als eine Dioden-Abfallspannung über dem Wert der Versorgungsspannung liegt. Die Kombination aus Widerstand 67, Diode 68 und Kondensator 69 wirkt als eine Spannungsspitzen-Verfolger­ schaltung, durch die die Ladung des Kondensators 69 der Änderung des Spannungswertes an der Verbindungsstelle 63 folgt und ebenso wirkt die Kombination aus Widerstand 71, Diode 72 und Kondensator 73 als ein Spannungsspitzenfolge­ kreis, durch den die Ladung des Kondensators 73 der Änderung des Spannungswertes an der Verbindungsstelle 64 folgt und das gleiche gilt für die Kombination aus Widerstand 75, Diode 76 und Kondensator 77, die als ein Spannungsspitzenfolge­ kreis wirken, durch den die Ladung des Kondensators 77 der Änderung des Spannungswertes an der Verbindungsstelle 65 folgt.

In jeder Kurvendarstellung in Fig. 2 ist, wie bereits in bezug auf Fig. 2A erwähnt, der Versorgungsspannungswert mit B⁺ bezeichnet. Man sieht so, daß zum Zeitpunkt T ₀ die Drehung des Rotors 8 im Gegenuhrzeigersinn mit einer größeren Geschwindigkeit eingeleitet wird, als es der minimalen Kommutierungsgeschwindigkeit entspricht; dies wurde bereits mit Bezug auf die Startschaltung 20 erklärt. Der Spannungs­ wert an den beiden Verbindungsstellen 63 und 64 ist dabei im wesentlichen gleich Erd- oder Bezugsspannung, wie die Kurven 2 B und 2 C zeigen, und zwar deshalb, weil beide aus NPN-Transistoren bestehende Darlington-Paare 15 und 17 im leitfähigen Zustand sind, während der Spannungswert an der Verbindungsstelle 65 im wesentlichen gleich dem Wert der Vesorgungsspannung ist, da das Darlington-Paar 19 in diesem Zeitpunkt gesperrt ist (siehe Kurve 2 D).

Während sich der Rotor 8 in der Zeit zwischen den Zeitpunkten T₀ und T₁ weiterdreht, verbleibt das Signal an den beiden Verbindungsstellen 63 und 64 im wesentlichen auf Erdpotential (Kurven 2 B und 2 C) und die Wechselspannungs-Wellenform, die in der Phasenwicklung C durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induziert wird, steigt in positiver Richtung von dem Versorgungsspannungswert an, wie es Fig. 2D zeigt. Diese anwachsende Spannung an der Verbindungs­ stelle 65 lädt den Kondensator 86 der Kommutierungsschaltung 21 über die Leitung 84 und dem Widerstand 85 auf. Wenn zum Zeitpunkt T₁ der Kondensator 86 bis zu einem Gleichspannungs­ wert aufgeladen ist, der ausreicht, um mehr Strom über den Eingangswiderstand 87 in die Minus(-)-Eingangsklemme des Norton-Verstärkers 40 einzuspeisen, als in die Plus(+)-Ein­ gangsklemme dieses Verstärkers über den Eingangswiderstand 88 von der positiven Ausgangsklemme der Spannungsversorgungs­ quelle einfließt, wird dar Norton-Verstärker 40 abrupt in den Zustand umgeschaltet, in dem sein Ausgangssignal an der Verbindungsstelle 51 im wesentlichen auf Erd- oder Bezugs­ potential liegt. Dieses Erd- oder Bezugspotential an der Verbindungsstelle 51 triggert das aus NPN-Transistoren bestehenden Darlington-Paar 15 in den nicht leitenden Zustand, so daß der beschriebene Erregungskreis für die Statorphasen­ wicklung A unterbrochen wird. Diese Unterbrechung des Erregungs­ kreises bewirkt, daß die in Phasenwicklung A durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induzierte Wechsel­ spannungswellenform sich über die Versorgungsgleichspannung überlagert und so an der Verbindungsstelle 63 auftritt, wie es die Kurve 2 B zeigt.

Während der Rotor 8 sich zwischen den Zeitpunkt T₁ und T₂ weiterdreht, durchläuft die durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 in der Phasenwicklung A induzierte Wechselspannungs-Wellenform den Punkt B an der Verbindungs­ stelle 63 von negativer in positiver Polaritätsrichtung und wächst weiter in positiver Richtung gegen den maximalen positiven Polaritätswert an, wie die Kurve 2 B zeigt; das an der Verbindungsstelle 64 anliegende Signal verbleibt im wesentlichen bei Erdpotential, da das aus NPN-Transistoren bestehende Darlington-Paar 17 noch leitend ist, wie die Kurve 2 C darstellt, und das an der Verbindungsstelle 65 an­ liegende, in der Phasenwicklung C durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induzierte Wechselspannungspotential steigt zum maximalen positiven Polaritätswert an, durchläuft diesen Wert und nimmt in negativer Richtung ab, wobei es den Wert B⁺ durchläuft, wie die Kurve 2 D zeigt. Die Spannungs­ wellenform an der Verbindungsstelle 65 wird durch einen entsprechenden Ladungsverlauf des Kondensators 77 gefolgt. Wenn nun zum Zeitpunkt T₂ die Ladung des Kondenstors 77 so weit abgenommen hat, daß nur noch ein Gleichspannungs­ wert mit einer Größe vorhanden ist, die nicht mehr aus­ reicht, um mehr Strom über den Eingangswiderstand 97 an die Minus(-)-Eingangsklemme des Norton-Verstärkers 60 zu liefern, als dessen Plus(+)-Eingangsklemme über den Eingangs­ widerstand 98 von der positiven Ausgangsklemme der Spannungs­ erzeugungsquelle geliefert wird, wird der Norton-Verstärker 60 abrupt in den Zustand getriggert, in welchen sein Aus­ gangssignal an der Verbindungsstelle 53 ein positiv polari­ sierter Spannungswert ist, der im wesentlichen gleich dem Versorgungsspannungswert ist. Dieses Spannungssignal po­ sitiver Polarität an der Verbindungsstelle 53 versorgt das einen Emitterwiderstand 59 enthaltende, aus NPN-Transistoren bestehende Darlington-Paar 19 mit einem Basisemitter-Treiber­ strom über den Widerstand 99, so daß dieses Darlington-Paar leitfähig getriggert wird und den bereits beschriebenen Erregungskreis der Statorphasenwicklung C schließt; damit geht das Spannungssignal an der Verbindungsstelle 65 im wesentlichen auf Erdpotential zurück, wie die Kurve 2 D zeigt.

Während der Rotor 8 sich vom Zeitpunkt T₂ bis zum Zeitpunkt T₃ weiterdreht, wächst das durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 in der Phasenwicklung A induzierte, an der Verbindungsstelle 63 erscheinende Wechselstrompotential weiter in positiver Richtung zum maximalen positiv polari­ sierten Wert hin an, wie die Kurve 2 B zeigt; das Signal an der Verbindungsstelle 64 bleibt im wesentlichen beim Erdpotentialwert, da das aus NPN-Transistoren bestehende Darlington-Paar 17 weiterhin leitfähig ist, wie die Kurve 2 C zeigt; und das Signal an der Verbindungsstelle 65 bleibt im wesentlichen bei Erdpotential, da auch das aus NPN- Transistoren bestehende Darlington-Paar 19 leitfähig bleibt, wie die Kurve 2 D zeigt. Der während des Zeitablaufes zwischen T₂ und T₃ an der Verbindungsstelle 63 ansteigende Potential­ wert lädt den Kondensator 91 der Kommutierungsschaltung 22 über die Leitung 89 und den Ladewiderstand 90 weiter auf. Wenn zum Zeitpunkt T₃ der Kondensator 91 bis zu einem Gleich­ spannungswert aufgeladen ist, der ausreicht, um mehr Strom über den Eingangswiderstand 92 in die Minus(-)-Eingangs­ klemme des Norton-Verstärkers 50 zuzuführen, als der Plus(+)- Eingangsklemme des Verstärkers über den Eingangswiderstand 93 von der positiven Ausgangsklemme der Spannungsversorgungs­ quelle zugeführt wird, wird der Norton-Verstärker 50 abrupt in den Zustand getriggert, in dem sein Ausgangssignal an der Verbindungsstelle 52 im wesentlichen auf Erdpotential liegt. Bei an der Verbindungsstelle 52 vorhandenen Signal von im wesentlichen Erdpotential wird das aus NPN-Transistoren bestehende Darlington-Paar 17 in den Leitfähigkeitszustand getriggert und unterbricht den beschriebenen Erregungs­ kreis für die Statorphasenwicklung B, und der Kondensator 86 der Kommutierungsschaltung 21 entlädt sich über die Diode 94, die Leitung 96 und die Emitter-Kollektorstrecke des NPN- Transistors 95. Infolge der Unterbrechung des Erregungs­ kreises für die Statorphasenwicklung B überlagert sich die in der Phasenwicklung B durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induzierte Wechselspannungs­ wellenform über den Versorgungsgleichspannungswert und erscheint, wie durch die Kurve 2 C dargestellt, an der Verbindungsstelle 64.

Der Rotor 8 dreht sich zwischen den Zeitpunkten T₃ und T₄ weiter, das an der Verbindungsstelle 64 erscheinende, in der Phasenwicklung B durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induzierte Wechselspannungswellenformsignal durchläuft den Wert B⁺ von negativer in positive Polaritätsrichtung und wächst weiter in positiver Richtung zum maximalen Wert positiver Polarität hin an, wie die Kurve 2 C zeigt, während das an der Verbindungs­ stelle 65 erscheinende Signal im wesentlichen bei Erdpo­ tential bleibt, da das Darlington-Paar 19 aus NPN-Transistoren immer noch leitfähig ist, wie es Kurve 2 D zeigt und das in der Phasenwicklung A durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induzierte Wechselspannungs-Wellenform­ signal an der Verbindungsstelle 63 wächst zum maximalen Wert positiver Polarität hin an, durchläuft diesen Wert und nimmt in negativ polarisierter Richtung ab und durch­ läuft dabei den Wert B⁺ in negativ gehender Richtung, wie durch die Kurve 2 B dargestellt. Die Spannungswellenform an der Verbindungsstelle 63 wird durch eine entsprechende Ladungsveränderung des Kondensators 69 gefolgt. Wenn zum Zeitpunkt T₄ die Ladung des Kondensators 69 so weit abge­ nommen hat, daß der anliegende Gleichspannungswert nicht mehr ausreicht, mehr Strom über den Eingangswiderstand 110 der Minus(-)-Eingangsklemme des Norton-Verstärkers 40 zuzu­ liefern, als der Plus(+)-Eingangsklemme dieses Verstärkers über den Eingangswiderstand 88 von der positiven Ausgangs­ klemme der Spannungsversorgungsquelle zugeführt wird, wird der Norton-Verstärker 40 abrupt in den Zustand getriggert, in dem sein an der Verbindungsstelle 51 erscheinendes Aus­ gangssignal einen positiv polarisierten Potentialwert an­ nimmt, der im wesentlichen gleich der Versorgungsspannung ist. Dieses Spannungssignal mit positiver Polarität an der Verbindungsstelle 51 ergibt einen Basisemitter-Treiberstrom über den Widerstand 54 für das Darlington-Paar 15 aus NPN- Transistoren und triggert dieses Darlington-Paar in den Leitfähigkeitszustand, so daß der bereits beschriebene Erregungskreis für die Statorphasenwicklung A geschlossen wird; gleichzeitig geht das Spannungssignal an der Verbin­ dungsstelle 63 auf im wesentlichen Erdspannung zurück, wie Kurve 2 D zeigt.

Der Rotor 8 dreht sich zwischen den Zeitpunkten T₄ und T₅ weiter, das durch sein Magnetfeld in der Phasenwicklung B induzierte, an der Verbindungsstelle 64 erscheinende Wechsel­ spannungs-Wellenformsignal wächst weiter in positiver Rich­ tung gegen den maximalen Wert positiver Polarität hin an, wie die Kurve 2 C zeigt; das an der Verbindungsstelle 65 auftretende Signal verbleibt nach Darstellung in Kurve 2 D im wesentlichen bei Erdpotential, da das Darlington-Paar 19 aus NPN-Transistoren weiterhin leitend ist; und das Signal an der Verbindungsstelle 63 verbleibt ebenfalls im wesentlichen bei Erdpotential, da auch das Darlington-Paar 15 aus NPN- Transistoren weiter leitfähig ist, wie Kurve 2 B zeigt. Der zwischen den Zeitpunkten T₄ und T₅ anwachsende Spannungs­ wert an der Verbindungsstelle 64 lädt den Kondensator 100 der Kommutierungsschaltung 23 über die Leitung 101 und den Ladewiderstand 102. Wenn zum Zeitpunkt T₅ der Kondensator 100 so weit aufgeladen ist, daß die anliegende Gleich­ spannung ausreicht, um mehr Strom über den Eingangswider­ stand 103 der Minus(-)-Eingangsklemme des Norton-Verstärkers 60 zuzuführen, als seiner Plus(+)-Eingangsklemme über den Eingangswiderstand 98 von der positiven Ausgangsklemme der Spannungsversorgungsquelle zugeführt wird, wird der Norton- Verstärker 60 abrupt in den Zustand getriggert, in welchem sein Ausgangssignal an der Verbindungsstelle 53 im we­ sentlichen das Erdpotential aufweist. Wenn an der Ver­ bindungsstelle 53 im wesentlichen Erdpotential herrscht, wird das Darlington-Paar 19 aus NPN-Transistoren gesperrt, der erwähnte Erregungskreis für die Statorphasenwicklung C wird unterbrochen und der Kondensator 91 der Kommutierungs­ schaltung 22 entlädt sich über die Diode 104, die Leitung 105 und die Emitter-Kollektorstrecke des PNP-Transistors 106. Nach der Unterbrechung des Erregerkreises für die Stator­ phasenwicklung C wird das in der Phasenwicklung C durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induzierte Wechselspannungs-Wellenformsignal über das Gleichspannungs­ versorgungspotential überlagert und erscheint, wie die Kurve 2 D zeigt, an der Verbindungsstelle 65.

Während sich der Rotor 8 zwischen den Zeitpunkten T₅ und T₆ weiterdreht, überschreitet das in der Phasenwicklung C durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induzierte an der Verbindungsstelle 65 erscheinende Wechselspannungs­ Wellenformsignal den Wert B⁺ in Richtung von negativer zu positiver Polarität und wächst weiter in positiver Richtung gegen den Maximalwert mit positiver Polarität an, wie es in Kurve 2 D dargestellt ist; das an der Verbindungsstelle 63 auftretende Signal verbleibt, da das Darlington-Paar 15 aus NPN-Transistoren weiterhin leitend bleibt, im we­ sentlichen auf Erdpotential, wie es die Kurve 2 D zeigt; und das in der Phasenwicklung B durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induzierte, an der Verbindungs­ stelle 64 erscheinende Wechselspannungs-Wellenformsignal wächst zum Maximalwert positiver Polarität hin an, durch­ läuft diesen und nimmt in negativer Richtung wieder ab, wobei es durch den Wert B⁺ geht, wie durch die Kurve 2 C gezeigt. Die Spannungswellenform an der Verbindungsstelle 64 wird durch eine entsprechende Ladungsveränderung des Kondensators 73 gefolgt. Wenn zum Zeitpunkt T₆ die Ladung des Kondensators 73 so weit abgenommen hat, daß sein Gleichspannungswert nicht mehr ausreicht, um mehr Strom über den Eingangswiderstand 121 der Minus(-)-Eingangs­ klemme des Norton-Verstärkers 50 zuzuführen, als dem Plus(+)- Eingang dieses Verstärkers über den Eingangswiderstand 93 von der positiven Ausgangsklemme der Spannungsversorgungs­ quelle zugeführt wird, wird der Norton-Verstärker 50 abrupt in den Zustand getriggert, in dem sein an der Verbindungs­ stelle 52 auftretendes Ausgangssignal einen Spannungswert positiver Polarität besitzt, der im wesentlichen gleich dem Versorgungsspannungswert ist. Dieser Spannungswert positiver Polarität an der Verbindungsstelle 52 ergibt über den Widerstand 57 einen Basisemitter-Treiberstrom für das Darlington-Paar 17 aus NPN-Transistoren, der dieses Darlington-Paar in den Leitfähigkeitszustand triggert, wodurch der bereits beschriebene Erregungskreis für die Statorphasenwicklung B geschlossen wird; gleichzeitig geht das Spannungssignal an der Verbindungsstelle 64 auf im wesentlichen Erdpotential, wie die Kurve 2 C zeigt.

Während der Rotor sich zwischen den Zeitpunkten T₆ und T₇ weiterdreht, steigt das an der Verbindungsstelle 65 er­ scheinende, in der Phasenwicklung C durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induzierte Wechselstrom-Wel­ lenformsignal weiter in positiver Richtung zum Maximalwert positiver Polarität hin an, wie die Kurve 2 D zeigt; das an der Verbindungsstelle 63 auftretende Signal verbleibt im wesentlichen bei Erdpotential, da das Darlington-Paar 15 aus NPN-Transistoren weiterhin leitfähig ist, wie Kurve 2 B zeigt; und das Signal an der Verbindungsstelle 64 bleibt ebenfalls im wesentlichen auf Erdpotential nach Kurve 2 C, da auch das Darlington-Paar 17 aus NPN-Transistoren weiterhin leitet. Der zwischen den Zeitpunkten T₆ und T₇ anwachsende Spannungswert an der Verbindungsstelle 65 lädt den Kondensator 86 der Kommutierungsschaltung 21 über die Leitung 84 und den Widerstand 85 auf. Wenn nun zum Zeit­ punkt T₇ der Kondensator 86 so weit aufgeladen ist, daß er einen Gleichspannungswert mit ausreichender Größe be­ sitzt, um mehr Strom dem Minus(-)-Eingang des Norton- Verstärkers 40 zuzuführen, als dem Plus(+)-Eingang dieses Verstärkers über den Eingangswiderstand 88 von der posi­ tiven Ausgangsklemme der Spannungsversorgungsquelle zu­ geführt wird, wird der Norton-Verstärker 40 abrupt in den Zustand getriggert, in dem sein an der Verbindungs­ stelle 51 erscheinendes Ausgangssignal im wesentlichen auf Erdpotential liegt. Wenn die Verbindungsstelle 51 im wesentlichen Erdpotential aufweist, wird das Darlington­ paar 15 aus NPN-Transistoren in den nicht leitenden Zu­ stand getriggert, unterbricht den beschriebenen Erregungs­ kreis für die Statorphasenwicklung A und der Kondensator 100 der Kommutierungsschaltung 23 entlädt sich über die Diode 112, die Leitung 115 und die Emitter-Kollektorstrecke des PNP-Transistors 120. Nach der Unterbrechung der Er­ regungsschaltung für die Statorphasenwicklung A wird das in der Phasenwicklung A durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induzierte Wechselspannungs-Wellenform­ signal über das Gleichspannungsversorgungspotential über­ lagert und erscheint, wie in Kurve 2 B dargestellt, an der Verbindungsstelle 63.

Der soeben beschriebene Ereignisablauf wiederholt sich so lange, wie die Beaufschlagung mit Versorgungsspannung über den Schalter 10 aufrechterhalten wird. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, werden nach dem anfänglichen Rotorstart vom Stillstand, beginnend mit dem Zeitpunkt T₂ die Stator­ phasenwicklung C, die Statorphasenwicklung A und die Statorphasenwicklung B nacheinander in dieser Reihenfolge immer wieder erregt. Diese aufeinanderfolgende Erregung der Statorphasenwicklungen erzeugt ein rotierendes Magnet­ feld, das die Drehung des Rotors aufrechterhält. Wenn der Rotor in der entgegengesetzten Richtung gedreht werden soll, muß die Aufeinanderfolge der Erregung der Stator­ phasenwicklungen umgekehrt werden, indem die Verbindung von irgend zwei der Leitungen 14, 16 bzw. 18 an den Klemmen­ enden der Wicklungen entgegengesetzt zum Knotenpunkt N vertauscht wird.

Es ergibt sich aus der vorangehenden Beschreibung, daß jede Kommutierungsschaltung 21, 22 bzw. 23 jeweils einer Stator­ phasenwicklung A, B bzw. C entspricht oder zugeordnet ist und daß diese Kommutierungsschaltungen von den gegeneinander versetzten Wechselspannungswellenzügen abhängig sind, die in den Statorphasenwicklungen A, B und C induziert werden, um die Drehung des Rotors 8 nach dem Anfangsstart vom Stillstand aus aufrechtzuerhalten, indem nacheinander die jeweiligen individuellen Erregungsschaltungen für die Statorphasenwicklungen geschlossen und dann wieder unter­ brochen werden, so daß sich ein rotierendes Magnetfeld ergibt.

Jede Kommutierungsschaltung 21, 22 bzw. 23 enthält einen Norton-Verstärker und ein Darlington-Paar aus NPN-Transistoren. Jede solche Kombination aus Norton-Verstärker 40 und Darlington-Paar 15 der Kommutierungsschaltung 21, Norton- Verstärker 50 und Darlington-Paar 17 der Kommutierungs­ schaltung 22 und Norton-Verstärker 60 und Darlington-Paar 19 der Kommutierungsschaltung 23 bildet eine elektrisch betreibbare Schaltanordnung, die jeweils in erste und zweite Betriebszustände in Abhängigkeit von der Beauf­ schlagung mit elektrischen Signalen mit einem Wert ge­ ringer als oder größer als eine vorbestimmten Größe be­ treibbar ist und die das Schließen und Unterbrechen des Erregungskreises für die jeweilige Statorphasenwicklung in dem einen bzw. dem anderen der beiden Betriebszu­ stände bewirkt. Der Schaltpunkt jeder dieser Schaltungen wird bestimmt durch den Versorgungsspannungswert und den ohmschen Wert der jeweiligen Eingangswiderstände 88, 93 bzw. 98, wodurch die vorbestimmte Größe bestimmt wird, die ein angelegtes elektrisches Signal unter- bzw. überschrei­ ten muß. Wenn das an diese Schaltungsanordnung angelegte elektrische Signal einen geringeren als den vorbestimmten Wert besitzt, ergibt das angelegte elektrische Signal einen geringeren Strom für den Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers, als seinem Plus(+)-Eingang zugeführt wird, und demzufolge wird die Schaltanordnung in den Be­ triebszustand getrieben, in dem der Erregungskreis für die jeweils entsprechende Statorphasenwicklung hergestellt wird, und wenn das angelegte Signal den vorbestimmten Wert übertrifft, wird durch das angelegte Signal mehr Strom in den Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers ein­ gespeist, als dem Plus(+)-Eingang zugeführt wird und demzufolge wird die Schaltanordnung in den Betriebszustand getrieben, in dem der Erregungskreis für die entsprechende Statorphasenwicklung unterbrochen wird. Das in die Stator­ phasenwicklung A induzierte Spannungssignal wird dem Minus(-)- Eingang des Norton-Verstärkers 40 der entsprechenden Schalt­ anordnung über den Widerstand 67, die Diode 68, den Kondensator 69 und den Widerstand 110 zugeführt. Das in die Statorphasen­ wicklung B induzierte Spannungssignal wird dem Minus(-)- Eingang des Norton-Verstärkers 50 der entsprechenden Schalt­ anordnung über den Widerstand 71, die Diode 72, den Konden­ sator 73 und den Widerstand 121 zugeführt. Das in die Statorphasenwicklung C induzierte Spannungssignal wird dem Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 60 der ent­ sprechenden Schaltanordnung über den Widerstand 75, die Diode 76, den Kondensator 77 und den Widerstand 97 zuge­ führt. Die in die Statorphasenwicklung A induzierten Span­ nungswellenform wird auch noch dem Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 50 der Schaltanordnung, die der Stator­ phasenwicklung B entspricht, über die Leitung 89, den Widerstand 90, den Kondensator 91 und den Widerstand 92 zugeführt. Die in die Statorphasenwicklung B induzierte Spannungswellenform wird an den Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 60 der der Phasenwicklung C entspre­ chenden Schaltanordnung über die Leitung 10 1, den Wider­ stand 102, den Kondensator 100 und den Widerstand 103 angelegt. Die in die Statorphasenwicklung C induzierte Spannungswellenform wird an den Minus(-)-Eingang des Norton- Verstärkers 40 der Schaltanordnung, die der Statorphasen­ wicklung A enspricht, über die Leitung 84, den Widerstand 85, den Kondensator 86 und den Widerstand 87 zugeführt.

Die Kombination aus Widerstand 85 und Kondensator 86 der Kommutierungsschaltung 21 verzögert das Anlegen der in die Statorphasenwicklung C induzierten Spannungswellen­ form an den Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 40 der Kommutierungsschaltung 21; die Kombination aus Wider­ stand 90 und Kondensator 91 verzögert die Anlegung der in die Statorphasenwicklung A induzierten Spannungswellenform an den Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 50 der Kommutierungsschaltung 22; und die Kombination aus Widerstand 102 und Kondensator 100 verzögert die Anlegung der in die Statorphasenwicklung B induzierten Spannungswellenform an den Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 60 der Kommu­ tierungsschaltung 23. Durch Änderung der durch diese Bau­ elemente eingeführten Verzögerungen kann die Leitfähig­ keitsdauer jedes der Darlington-Paare 15, 17 und 19 aus NPN-Transistoren ausgewählt werden. Infolge dieser durch die aus Widerstand und Kondensator bestehenden Kombinationen eingeführten Verzögerung wird jede Statorphasenwicklung zu einem Zeitpunkt nach dem Erregen der nächsten Stator­ phasenwicklung entregt, wie es durch diese Verzögerung bestimmt wird. Diese aus Widerstand und Kondensator be­ stehenden Kombinationen werden so ausgelegt, daß die jeweiligen Kondensatoren 86, 91 und 100 durch die zuge­ ordneten Widerstände 85, 90 bzw. 102 mit einer Rate beladen werden, die mit der Amplitude der in die jeweiligen Stator­ phasenwicklung induzierten Potentialwellenformen ansteigt, mit der sie jeweils verbunden sind. Demzufolge führen diese aus Widerstand und Kondensator bestehenden Kombina­ tionen eine veränderliche Verzögerung ein, die durch die Motorgeschwindigkeit so bestimmt wird, daß bei geringerer Motorgeschwindigkeit eine größere Verzögerung und bei größerer Motorgeschwindigkeit eine geringere Verzögerung herbeigeführt wird.

Wie es im einzelnen bereits beschrieben wurde, wird, während das Ansteuersystem nach der Erfindung die Drehung des Rotors 8 in Abhängigkeit von den phasenverschobenen, in die Statorphasenwicklungen A, B und C induzierten Spannungs­ wellenformen aufrechterhält, der Norton-Verstärker 60 in den Zustand getriggert, in dem sein Ausgangssignal an der Verbindungsstelle 53 eine positive Polarität und eine im wesentlichen der Versorgungsspannung entsprechende Größe besitzt, während jedes negativen Halbzyklus der in die Statorphasenwicklung 10 induzierten Spannungswellenform, und in den Zustand getriggert, in dem sein Ausgangssignal im wesentlichen Erdpotential ist, während jedes positiven Halbzyklus der in die Statorphasenwicklung C induzierten Spannungswellenform. Dieses Signal wird über die Leitung 122, den Widerstand 123 und den Koppelkondensator 124 der Basiselektrode des NPN-Transistors 32 zugeführt. Während dieses Signal eine positive Polarität besitzt, wird dadurch dem NPN-Transistor 32 ein Basisemitter-Trei­ berstrom zugeführt, der die Kollektoremitterstrecke dieses Transistors 32 leitend werden läßt, so daß sich ein Entladungs­ weg für den Kondensator 33 während jeder negativen Halb­ welle der in die Statorphasenwicklung C induzierten Spannungs­ wellenform ergibt. Solange dieses Signal auf Erdpotential ist, entlädt sich der Koppelkondensator 124 durch die Diode 125. Die RC-Zeitkonstante, die durch den Kondensator 33 und den Ladewiderstand 34 bestimmt wird, ist so aus­ gelegt, daß der Kondensator 33 sich nicht auf einen aus­ reichenden Spannungswert auflädt, der ein Triggern des Norton-Verstärkers 25 zwischen aufeinanderfolgenden Halb­ zyklen negativer Polarität der in die Phasenwicklung C induzierten Spannungswellenform bewirken würde. Deshalb bleibt die Startschaltung 20 gesperrt, solange das er­ findungsgemäße System die Rotordrehung in Abhängigkeit von den in die Statorphasenwicklungen induzierten Spannungs­ wellenformen aufrechterhält.

Es sind zum Schutz der jeweiligen Darlington-Paare aus NPN-Transistoren Zenerdioden 126, 127 und 128 vorgesehen, um möglicherweise zerstörend wirkende Überspannungen abzuleiten.

Damit entsteht eine Ansteuerschaltung für eine kommutator­ losen Gleichstrommotor, die eine Schaltung 20 aufweist, die zur Einleitung der Drehung eines permanentmagnetischen Rotors 8 vom Stillstand nach Anlegen einer Versorgungs­ spannung dient, worauf weitere Schaltkreise 21, 22 und 23 die Drehung des Rotors 8 aufrechterhalten, indem sie der Reihe nach die Polyphasenstatorwicklungen A, B und C in Abhängigkeit von in die Statorphasenwicklungen A, B und C durch das Magnetfeld des sich drehenden permanentmagne­ tischen Rotors induzierten Wechselspannungswellenformen aufrechterhält. Der Erregungskreis für jeweils eine Phasen­ wicklung wird in Abhängigkeit von dem ins Negative gehenden Abschnitt der in die betreffende Wicklung induzierten Wellenform geschlossen und der Erregungskreis wird durch die Spannung der Wellenform in einer anderen Phasen­ wicklung wieder unterbrochen.

Claims (2)

1. Ansteuersystem für einen kollektorlosen Gleichstrommotor, der einen permanentmagnetischen Rotor sowie einen mehrere Wicklungen aufweisenden Stator umfaßt, mit Schalteinrich­ tungen, die jeweils einer Wicklung zugeordnet und zur Her­ stellung und Unterbrechung einer Verbindung dieser Wick­ lungen mit einer Gleichspannungsquelle durch Steuerspan­ nungen beaufschlagt sind, die infolge einer Drehung des Rotors in den Wicklungen induziert werden, sowie mit einer Anlaufsteuerung zur Einleitung einer Rotordrehung aus dem Stand, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Wicklungen (A, B, C) über die ihr zugeordne­ te Schalteinrichtung (21, 22, 23) stets dann mit der Gleichspannungsquelle (3) verbindbar ist, wenn die in der­ selben Wicklung induzierte Steuerspannung während ihres ins Negative gehenden Abschnitts einen vorgebbaren ersten Wert erreicht und diese Verbindung durch die Schaltein­ richtung wieder unterbrechbar ist, wenn die in einer ande­ ren Wicklung induzierte Steuerspannung während ihres ins Positive gehenden Abschnitts einen vorgebbaren zweiten Wert erreicht.

2. Ansteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (21, 22, 23) mittels einer Ver­ zögerungsschaltung (85, 86; 90, 91; 102, 100) verzögert unterbrechbar ist.