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DE3932802A1 - Staubsaugermotor - Google Patents

Staubsaugermotor

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Publication number
DE3932802A1
DE3932802A1 DE3932802A DE3932802A DE3932802A1 DE 3932802 A1 DE3932802 A1 DE 3932802A1 DE 3932802 A DE3932802 A DE 3932802A DE 3932802 A DE3932802 A DE 3932802A DE 3932802 A1 DE3932802 A1 DE 3932802A1
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DE
Germany
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motor
vacuum cleaner
frequency
excitation winding
current
Prior art date
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Application number
DE3932802A
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English (en)
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DE3932802C2 (de
Inventor
Rainer Oberdorfer-Boegel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WAP Reinigungssysteme GmbH and Co
Original Assignee
WAP Reinigungssysteme GmbH and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by WAP Reinigungssysteme GmbH and Co filed Critical WAP Reinigungssysteme GmbH and Co
Priority to DE3932802A priority Critical patent/DE3932802A1/de
Priority to YU183290A priority patent/YU47888B/sh
Publication of DE3932802A1 publication Critical patent/DE3932802A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3932802C2 publication Critical patent/DE3932802C2/de
Priority to HRP-1832/90A priority patent/HRP940602B1/xx
Granted legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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Description

Die Erfindung betrifft einen Staubsaugermotor, bestehend aus einem Stator mit Erregerwicklung und einem Rotor, der mit einer Turbine zur Erzeugung des Unterdrucks gekoppelt ist, wobei der Motor ein Drehzahlverhalten aufweist, derart, daß beim Verschließen der Saugöffnung des Staubsaugers die Drehzahl des Motors hochläuft und sich ein erhöhter Saugdruck einstellt.
Bei Staubsaugern mit dem dargestellten Drehzahlverhalten ist es bisher bekannt, einen Kollektormotor zu verwenden. Ein derartiger Kollektormotor läuft ebenfalls beim Verschließen der Saugöffnung automatisch in der Drehzahl nach oben hoch, was an sich erwünscht ist, um bei Belastung der Saugdüse einen höheren Saugdruck zu erreichen. Nachteilig tritt aber bei diesen Universalmotoren nach Art der Kollektormotoren ein Bürstenfeuer auf, so daß die damit ausgerüsteten Staubsauger nicht in explosionsgefährdeten Räumen eingesetzt werden können. Im übrigen entsprechen derartige mit Kollektormotoren ausgerüstete Staubsauger nicht den sicherheitstechnischen Anforderungen für staubexplosionsgeschützte Industriestaubsauger der Bauart 1 (zündquellenfreie Bauart).
Es sind auch schon bereits in Verbindung mit einem Frequenzumrichter Asynchronmotoren bekannt, die für Staubsauger verwendet werden. Derartige Asynchronmotoren haben allerdings für Staubsauger den Nachteil, daß sie ein stabiles Drehzahlverhalten aufweisen, so daß auch bei verschlossener Saugeröffnung des Staubsaugers keine Erhöhung der Drehzahl erfolgt. Es werden hierbei lediglich feste Unterdruckwerte von ca. 130 bis 140 mbar erreicht. Bei einem Nachlaufen bzw. Hochlaufen der Drehzahl wird jedoch für einen erhöhten Saugdruck ein Druck von etwa 230 mbar benötigt.
Um bei bekannten Motoren die in Staubsaugern angeordnet sind, bei Belastung die Drehzahl zu erhöhen, sind bereits Zusatzeinrichtungen bekannt, wobei insbesondere innerhalb des Staubsaugers mit einem Fühler der Unterdruck abgegriffen wird mittels eines Membrandruckschalters oder eines elektrischen Drucksensors. Das Signal des Membrandruckschalters oder Drucksensors wird einer Steuerelektronik bzw. einem Frequenzumrichter zugeführt, wodurch der Motor sprunghaft auf seine Maximaldrehzahl von ca. 25 000 Umdrehungen pro Minute hochgeregelt wird, was einer Frequenz von ca. 400 Hz entspricht.
Bei einer anderen bekannten Ausführungsform wird der Strom des Motors abgegriffen und einer Steuerelektronik zugeführt, wobei bei Erhöhung des Unterdrucks durch Verkleinerung der Ansaugöffnung der Motor einen geringeren Strom zieht und über diesen Strom wird dann die Frequenz nachgeschoben. Bei einer derartigen Modulation wird der Strom des Staubsaugermotors mit an sich bekannten AD-Modulatoren erzielt. Die bekannten Lösungen sind jedoch relativ aufwendig und störanfällig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Staubsaugermotor der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß in konstruktiv einfacher Weise bei relativ geringem Aufwand ein bürstenloser, hochtouriger Hochleistungsgleichstrommotor geschaffen wird, der bei Verkleinerung der Ansaugöffnung in der Drehzahl hochläuft und sich insbesondere für explosionsgefährdete Räume eignet. Die vorliegende Erfindung befaßt sich insbesondere mit der Schaffung eines Motors, der unter Vernachlässigung des Anlaufdrehmoments mit hoher Leistung bei hohen Drehzahlen arbeitet und nur in einer Richtung dreht und hierbei bei einem niedrigen Eisensättigungsgrad einen besonders hohen Wirkungsgrad, d. h. ein sehr hohes Leistungsvolumenverhältnis aufweist. Der Staubsaugermotor nach Art eines bürstenlosen Gleichstrommotors, der mit einer frequenzüberlagerten Gleichspannung betrieben wird, soll auch - um Störungen gering zu halten - eine sehr niedrige Induktivität aufweisen.
Zur Lösung der Aufgabe sind die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 vorgesehen.
Das Wesen der Erfindung liegt darin, daß der Motor mit einem frequenzüberlagerten Gleichstrom betrieben wird, wodurch ausgehend vom Stator ein mit der Frequenz wechselndes trapezförmiges Magnetfeld erzielt wird, welches auf Permanentmagnete des Rotors einwirkt und derart bei hohem Wirkungsgrad den Motor in Drehung versetzt. Die Frequenznachregelung erfolgt hierbei über Hallgeneratoren, die über Permanentmagnete, die im Bereich der Rotorwelle angeordnet sind, angesteuert werden, wodurch der Motor in der Frequenz hochgeregelt wird, bis eine erwünschte Höchstdrehzahl erreicht wird. In Verbindung mit der Frequenzregelung des Motors ist gleichzeitig eine Strombegrenzung vorgesehen, wobei Frequenzregelung und Strombegrenzung über Gatter miteinander verknüpft sind, um den Motor nicht zu überlasten. Die Ansteuerung des Motors selbst erfolgt von Endstufen, wobei im Gegentakt geschaltete Transistoren in Verbindung mit einer Diodenbrücke vorgesehen sind, wobei zur Ansteuerung des Motors ein Gleichstrom erzeugt wird, der mit der Ansteuerfrequenz nach Art eines Sägezahnmusters überlagert ist. Durch die Ansteuerung des Motors im Gegentakt wird ein besonders hoher Wirkungsgrad erzielt, wobei in Verbindung mit der Frequenzansteuerung der Motor besonders schnell, etwa in 1 Sekunde, hochdreht und im weiteren eine sehr hohe Drehzahl von über 30 000 Umdrehungen pro Minute erreicht wird.
Hierbei erfolgt eine Begrenzung der Drehzahl durch den Luftdrucksatz in der zweistufigen Turbine und zusätzlich durch das Lüftungsrad für die Wicklungskühlung.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß die Schaltimpulse der Hallsensoren symmetrisch zunächst an den Eingängen der Steuerlogik über Schmitt-Trigger geführt werden, und im weiteren UND-Gattern zugeleitet werden, wo eine Verknüpfung mit einem Flip-Flop betreffend den Anlauf der Schaltung erfolgt und zusätzlich eine Verschaltung über weitere UND-Gatter vorgesehen ist, wo eine Verknüpfung mit der Stromsteuerung der Endstufen erfolgt, derart, daß die Transistoren durchgeschaltet werden, so daß ein mit der Steuerfrequenz der Hallsensoren schwankender Gleichstromverlauf innerhalb der Erregerwicklung entsteht. In dieser Hinsicht werden die Transistoren der Endstufen mit steigendem Strom ein- bzw. abgeschaltet und zwar im Takte der Ansteuerfrequenz, so daß im Bereich der Erregerwicklung ein sägezahnförmiger, schwankender Stromverlauf entsteht. Hierdurch wird ausgehend vom Stator ein trapezförmiges Magnetfeld erzeugt mit vorteilhaft steilen Anstiegsflanken, wobei das Magnetfeld auf die ringförmig angeordneten Permanentmagnete des Rotors wirkt und derart im Takt der Ansteuerfrequenz den Rotor in Drehung versetzt.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß im Anlaufzeitpunkt des Motors die Ansteuerung der Endstufen verzögert über ein RC-Glied und über eine zusätzliche Schaltstufe erfolgt, welche im weiteren ein Flip-Flop schaltet, der mit seinem Ausgang UND-Gatter für die Ansteuerung mit den Hallsensoren freigibt, wodurch der Motor gestartet wird.
Nach dem Einschalten der Speisespannung wird demnach der Motor bzw. die Erregerwicklung verzögert zunächst mit einem ansteigenden Stromast beaufschlagt, wodurch der Rotor geringfügig in Drehung versetzt wird und dann über die Ansteuerlogik die Hallsensoren zur Wirkung kommen und im weiteren die Endstufen in der Frequenz nachregeln. Hierbei wird zunächst ausgehend vom Einschaltzeitpunkt des Motors ein ansteigender Stromast erreicht, während bei Einwirkung der Frequenznachsteuerung über die Hallsensoren dann im Scheitelpunkt des Stromastes der Strom abfällt bis zu einem einstellbaren Wert und dann wieder ansteigt und so weiter entsprechend der Steuerspannung der Hallsensoren.
Die Endstufen sind vorteilhaft zusätzlich über einen Thermoschalter des Motors angesteuert, wobei der Thermoschalter in Verbindung mit einem Schaltglied den Fehlereingang der Endstufen ansteuert.
Die Hallsensoren selbst sind vorteilhaft im Bereich der Rotorwelle gegenüberliegend von mit der Rotorwelle rotierenden Magneten angeordnet.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist die Erregerwicklung vierpolig geteilt ausgebildet, wobei der Erregerwicklung in gleicher Polzahl ringförmige Permanentmagnete des Stators nach Art einer Ringschale gegenüberstehen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß im Bereich der Erregerwicklung der Luftspalt zum Stator hin entsprechend der Polzahl jeweils verengt asymmetrisch ausgebildet ist, derart, daß sich in Richtung der jeweiligen Verengung des Luftspalts eine vorbestimmte Anlaufrichtung des Motors ergibt.
Mit der Verengung des Luftspalts zwischen Stator und Rotor wird in konstruktiv einfacher Weise eine stets erwünschte gleiche Anlaufrichtung des Motors erreicht, wobei mit der asymmetrisch ringförmig angeordneten Luftspaltanordnung eine Sättigung der Rotor- bzw. Statorbleche vermieden wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen näher beschrieben, wobei aus der Beschreibung noch weitere für die Erfindung wesentliche Vorteile hervorgehen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht des Staubsaugermotors mit angeflanschter Turbine teilweise geschnitten,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Motor in schematischer Darstellung,
Fig. 3 einen Querschnitt durch den Motor in schematischer Darstellung,
Fig. 4 die Steuerschaltung für den Motor mit der Ansteuerlogik zur Steuerung der Frequenz- und Stromeigenschaften des Motors,
Fig. 5 der Verlauf des Ansteuerstroms für den Staubsaugermotor am Ausgang der Schaltung nach Fig. 4,
Fig. 6 den Stromverlauf in der Erregerwicklung, abhängig von der Umdrehungszahl des Motors.
In Fig. 1 ist der Staubsaugermotor 1 dargestellt mit angeflanschter Turbine 10, wobei der Motor 1 aus Stator 2 mit Erregerwicklung 3 und aus dem Rotor 5 besteht. Der Rotor 5 ist auf einer durchgehenden Rotorwelle 8 angeordnet, auf welcher auch die Turbine 10 mit dem Turbinenrad 11 mit einzelnen Lüfterschaufeln angesetzt ist.
Aus Fig. 1 ist erkenntlich, daß der Rotor 5 dem Stator 2 gegenüberliegend Permanentmagnete 7 aufweist, die seitlich mittels Lagerschalen über Klemmschrauben 23 zusammengehalten werden.
Der Motor 1 weist im weiteren selbst ein Lüfterrad 9 auf, wobei Ansaugschlitze 29 und Auslaß-Schlitze 16 vorgesehen sind, um den Motor 1 zu kühlen.
Der Motor 1 ist im Ausführungsbeispiel von einer Abdeckung 32 abgedeckt in Verbindung mit einer nicht näher dargestellten Lagerung des Motors in einem Lagerschild, wobei vorteilhaft das Turbinenrad 11 ebenfalls an gleicher Stelle wie der Motor im Lagerschild gelagert ist, so daß sich dadurch eine vorteilhafte Kühlung der Lagerung ergibt.
Am Umfang der Turbine 10 sind die Auslaßöffnungen 17 ersichtlich, welche im weiteren mit entsprechenden Luftkanälen im Staubsauger selbst den Unterdruck im Saugrohr des Staubsaugers bewirken.
In schematischer Darstellung ist aus Fig. 1 weiterhin ersichtlich, daß an der Rotorwelle 8 an der Außenseite der Abdeckung 32 Sensoren 26, vorzugsweise zwei Hallsensoren 26, vorgesehen sind, denen rotierende Permanentmagnete 25 gegenüber stehen, wodurch die für die Ansteuerschaltung nach Fig. 4 notwendige Frequenz besorgt wird, um den Staubsaugermotor in der Drehzahl zu steuern.
In Fig. 2 ist der Motor 2 im Längsschnitt dargestellt, wobei ersichtlich ist, daß an der Rotorwelle Rotorbleche 6 des Rotors angeordnet sind, wobei am Umfang der Rotorbleche 6 nach Art einer Ringschale in schematischer Darstellung die Permanentmagnete 7 angeordnet sind. Diese Permanentmagnete 7 werden ausgehend vom Stator 2 und der Erregerwicklung 3 mit einem vorzugweise trapezförmigen Magnetfeld beaufschlagt, wodurch im Wechsel der Frequenz die Permanentmagnete 7 angestoßen werden und derart der Rotor 5 in Drehung versetzt wird.
Zwischen Rotor 5 und Stator 2 ist im weiteren ein Luftspalt 4 ersichtlich, der nach Fig. 3 in ringförmiger Anordnung jeweils der Polzahl entsprechend eine Verengung 24 aufweist, so daß insgesamt der Luftspalt 4 von Erregerwicklung 3 bis zur nächsten Erregerwicklung 3 unsymmetrisch verläuft. Derart wird erreicht, daß der Motor 1 stets mit einer bevorzugten Anlaufrichtung andreht.
Aus Fig. 2 sind in schematischer Darstellung die Hallsensoren 26 deutlich erkennbar mit den an der Rotorwelle 8 rotierend angeordneten Permanentmagneten 25, welche in den Hallsensoren 26 ein ebenfalls trapezförmiges Spannungspotential hervorrufen, welches im weiteren zur Frequenzansteuerung hinsichtlich der Schaltung nach Fig. 4 dient.
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Erregerwicklung 3 gemäß einer Vierpolanordnung ausgebildet ist, der eine Ringschale 18 - gebildet aus Permanentmagneten 7 - gegenüber steht, wobei die Permanentmagnete 7 ebenfalls in einer Vierpolanordnung auf der Rotorwelle 8 angeordnet sind. Der Rotor 5 wird demnach von Rotorblechen 6 gebildet, die in geschachtelter Anordnung nach Art eines Pakets auf der Rotorwelle 8 angeordnet sind, wobei am Umfang der Rotorbleche 6 die Ringschale 18, gebildet von den Permanentmagneten 7, angeordnet ist.
Im Bereich einer Erregerwicklung 3 nach Fig. 3 ist im weiteren ein Thermoschalter THS1 angeordnet, der mit seinem Eingang an der Schaltung nach Fig. 4 anliegt, wobei über einen Schmitt-Trigger die Endstufen angesteuert werden, um bei einer Überhitzung des Motors im Bereich des Fehlereingangs der Endstufen für eine Stromabschaltung zu sorgen.
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Permanentmagnete 7 des Rotors 5 in ringförmiger Hintereinanderschaltung in Nord-Süd-Anordnung vorgesehen sind, wobei die Erregerwicklungen 3 des Stators in Verbindung mit der Stromkurve nach Fig. 5 und dem dargestellten Frequenzverlauf ein Wechselfeld ausbilden, welches im Bereich der Erregerwicklungen 3 des Stators 2 schematisch eingezeichnet ist. Über dieses vorzugsweise trapezförmige Wechselfeld werden die Permanentmagnete 7 des Rotors 5 im Takt der Frequenz, ausgehend von den Hall-Generatoren 26 angestoßen, wodurch sich ein Anschwingen der Schaltung ergibt und der Motor in sehr kurzer Zeit von etwa 1 Sekunde auf seine Maximaldrehzahl von über 20 000 Umdrehungen pro Minute hochdreht.
Die Drehzahl selbst unterliegt bei diesem Hochdrehen des Motors keiner Begrenzung. Es ist lediglich nach Fig. 6 eine Strombegrenzung der Erregerwicklung 3 des Motors vorgesehen in Verbindung mit der Ansteuerlogik nach Fig. 4. Der Motor kann deshalb Drehzahlen zwischen 20 000 und 30 000 Umdrehungen pro Minute erreichen, wodurch die Drehzahlbegrenzung lediglich in der mechanischen Eigenschaft der Turbinenräder der Turbine und des Lüfterrades begründet ist.
In Fig. 4 ist nach Art einer Blockschaltung die Ansteuerung für die Erregerwicklungen 3 des Motors 1 dargestellt.
Der Motor 1 wird hierbei mit seiner Erregerwicklung 3 an den Ausgängen K1, K2 (Mot B, Mot A) angeschlossen. Die weiteren Ausgänge K3 und K4 (+ UM,-UM) der Schaltung nach Fig. 4 werden an Betriebsspannung von vorzugsweise 270 Volt Gleichspannung gelegt, die in einem hier nicht näher dargestellten Netzgerät erzeugt wird.
Die Schaltungsausgänge K5 und K6 führen an Masse bzw. an 15 Volt Gleichspannung zur Versorgung der Steuerlogik nach Fig. 4, wobei die Versorgungsspannung ebenfalls in einem nicht näher dargestellten Netzteil mit Stabilisierungseinrichtungen erzeugt wird.
Die weiteren Ausgänge K7/1 bis K7/5 der Schaltung führen an den Motor bzw. an dessen Steuerplatine. Der Ausgang K7/1 versorgt hierbei die Steuerplatine des Motors und die darauf angeordnete Schaltung mit Steuerspannung von 15 Volt Gleichspannung. Der Ausgang K7/5 ist an Masse gelegt.
Die Ausgänge K7/2 und K7/3 der Schaltung nach Fig. 4 führen zu den Hallsensoren 26 bzw. HS1 und HS2. Der Ausgang K7/4 führt zu dem Thermoschalter 35 des Motors bzw. zu dem Schalter THS Mot.
In der Schaltung nach Fig. 4 sind die beiden Endstufen 28 als integrierte Schaltungen IV1 und IV2 ersichtlich, an deren Ausgängen die Transistoren T1 , T2 und T3 , T4 in Verbindung mit einer Diodenbrücke D1 und D2 angeschlossen sind, wobei von einem Brückenzweig der Diodenbrücke D1 und D2 die Ausgänge K1, K2 zur Anschaltung der Erregerwicklung 3 des Motors ausgehen.
Die Endstufen 28, die als Frequenzumrichter 27 wirken, werden von einer Ansteuerlogik angesteuert, wobei zunächst die Versorgungsspannung von 15 Volt Gleichspannung über die RC-Glieder R8 und C7 an einen Schmitt-Trigger IV6/C gelegt wird. Der Ausgang des Schmitt-Triggers IV6/C steuert ein Flip-Flop IV6/A und IV6/B, wodurch mit dem Ausgang des Flip-Flops die Eingangsschaltung im Bereich der Hallsensoren 26 gestartet wird.
Die Hallsensoren 26 - hier an den Ausgängen HS1 und HS2 - liegen zum einen über die Schmitt-Trigger IV4/C und IV4/D direkt am Frequenzeingang-Trip1 der Endstufen 28 und zum anderen sind die Hallgeneratoren 26 mit einer Frequenz- und Stromsteuerung verknüpft.
Diese Verknüpfung dient dazu, um den Motor hinsichtlich einer gewissen Stromstärke der Erregerwicklungen 3 zu begrenzen und zum anderen dem Strom der Erregerwicklungen eine Frequenz aufzuzwingen, mit denen die Transistoren T1, T4 bzw. T2 und T3 in Verbindung mit der Diodenbrücke D1, D2 durchschalten. Diese Frequenz rührt von den Hallsensoren 26 nach Fig. 2 her, wo in Verbindung mit den rotierenden Magneten 25 ein vorzugsweise trapezförmiges Frequenzmuster erzeugt wird, welches im weiteren in der Ansteuerlogik nach Fig. 4 zusammen mit der Stromsteuerung verknüpft wird, um derart an den Erregerwicklungen bzw. am Ausgang der Schaltung nach Fig. 4 einen Stromverlauf nach Fig. 5 zu erhalten.
Nach Fig. 5 ist erkenntlich, daß der Strom I - ausgehend vom Nullpunkt - schnell ansteigt und dann im Scheitelpunkt die Transistoren T1, T4 bzw. T2, T3 durchschalten, wodurch der Ausgangsstrom in Begrenzung sägezahnförmig mit einem Frequenzgemisch, ausgehend von den Hallsensoren 26, moduliert wird.
In Verbindung damit stellt sich nach Fig. 6 eine Strombegrenzung bei etwa 10 Ampere ein, wobei dieser Strom der Erregerwicklung 3 auch bei höheren Drehzahlen von über 20 000 Umdrehungen pro Minute begrenzt bleibt.
Zur Verknüpfung der Frequenz mit der Strombegrenzung werden nach Fig. 4 die Ausgänge der Hallsensoren 26 auf Schmitt-Trigger IV4/A und IV4/B geführt, die mit ihren Ausgängen an UND-Gattern IV3/A und IV3/B anliegen. An den weiteren Eingängen dieser UND-Gatter IV3/A und IV3/B liegt im übrigen das Startsignal für den Motor - ausgehend von dem Flip-Flop IV6/A und IV6/B.
Der Ausgang der UND-Gatter IV3/A und IV3/B ist als Eingang zu weiteren UND-Gattern IV3/C und IV3/D geführt, die im weiteren mit der Versorgungsspannung und mit einem Verstärker IV5/B zur Strombegrenzung verknüpft sind. An einem Eingang des Verstärkers IV5/B, der zur Strombegrenzung dient, liegt das Frequenzgemisch aus den Hallsensoren 26 an, welches im weiteren zum Frequenzeingang der Endstufen 28 geführt wird.
Am Ausgang der Verknüpfung, ausgehend von den UND-Gattern IV3/C und IV3/D liegt ein Eingang TOP der Endstufe 28 an, wodurch hier in Verbindung mit der Ansteuerfrequenz eine Strombegrenzung erreicht wird.
Im weiteren ist nach der Schaltung nach Fig. 4 noch der Anschluß eines Thermoschalters 35 bzw. THS1 über den Eingang H7/4 vorgesehen, wobei dieser Thermoschalter über einen Schmitt-Trigger IV6/D an die Fehlereingänge der Endstufen geführt ist und im weiteren auch am Eingang des Flip-Flops IV6/A anliegt, um derart - etwa bei einer Überhitzung des Motors - ein Starten der Steuerlogik zu verbinden und somit eine Unterbrechung des Motors 1 zu erreichen.
Die Schaltung nach Fig. 4 funktioniert wie folgt:
Am Eingang der Schaltung liegt zunächst über die Anschlüsse K3 und K4 die Betriebsspannung von ungefähr 250 Volt Gleichstrom an, wobei die Transistoren T1 bis T4 an der Basis mit Widerständen R1 bis R4 geschaltet sind, um sicherzustellen, daß beim Abschalten der Spannungsversorgung die Gleichspannung sofort auf Null abfällt.
Für die Versorgungsspannung von 15 Volt Gleichspannung betreffend die Steuerlogik ist - hier nicht dargestellt - ein Transformator in Verbindung mit einem Gleichrichter vorgesehen, wobei die Spannung in an sich bekannter Weise mit einem zusätzlichen Spannungs-Stabilisator stabilisiert wird.
Wenn demnach zunächst die Netzspannung von 220 Volt Wechselspannung angelegt wird, so entsteht im Netzteil zur Versorgung der Endstufen und des Motors eine Spannung von etwa 270 Volt Gleichspannung und im weiteren 15 Volt für die Steuerlogik.
Nach einer Verzögerung über das RC-Glied R8 und C7 entsteht ein negativer Puls am Ausgang von IV6/C, welcher das Flip-Flop IV6/A und IV6/B zurücksetzt.
Nun gelangt der Ausgang 4 dieses Flip-Flops auf einen höheren Spannungspegel, wodurch die UND-Gatter IV3/A und IV3/B aktiviert werden.
Das Signal von den Hallsensoren 26 bzw. HS1 und HS2 gelangt nun an die Schmitt-Trigger IV4/C und IV4/D, wodurch mit den erzeugten Signalen der Motor startet.
Der Motor 1 erreicht hierbei seine maximale Umdrehungszahl in etwa 1 Sekunde.
Die Schmitt-Trigger IV4/C und IV4/D dienen hierbei dazu, um das Frequenz-Signal der Hallsensoren 26 in ein Spannungssignal umzuwandeln. In dieser Hinsicht wird eine Abhängigkeit der Umdrehungszahl von dem Strom nach Art einer Begrenzung gemäß Fig. 6 erreicht.
Wenn der Rotor des Motors z. B. mechanisch angehalten wird, so fließen demnach gemäß Fig. 6 nur drei Ampere über die Erregerwicklung 3, so daß der Motor nicht überhitzt wird.
Es ist aber zusätzlich über den Eingang K7/4 ein Motorschalter THS1 bzw. THS Mot vorgesehen, der zwischen die Motorwindungen eingeschaltet ist, wodurch bei einem Anstieg der Temperatur der Schalter THS1 öffnet und den Schmitt-Trigger IV6/D auf Null setzt, wodurch ebenfalls das Flip-Flop IV6/A und IV6/B zurückgesetzt wird, wodurch die Endstufen 28 von der Versorgungsspannung elektronisch abgeschaltet werden.
In Verbindung mit Fig. 5 wird bei einem Durchsteuern der Ansteuerlogik erreicht, daß nach einigen Sekundenbruchteilen die Transistoren T1 und T4 oder T3 und T2 durchschalten, wodurch die Erregerwicklung unter Strom gesetzt wird und der Motor andreht.
Der maximale Strompegel der Erregerwicklungen 3 wird über den Verstärker IV5/B geregelt. Sobald der Strom den maximalen Pegel erreicht, schaltet der Ausgang 7 des Verstärkers IV5/B auf Null, wodurch die UND-Gatter IV3/C und IV3/D gesperrt werden. Hierdurch geht der Eingang 22 (Top) der Endstufen 28 gegen Null, so daß die Transistoren T1 oder T2 geschlossen werden. Im weiteren fließt nun der Strom durch die Diode D2 und den Transistor T4 oder T2, wodurch der Stromverlauf nach Fig. 5 sägezahnförmig entsprechend der angelegten Frequenz moduliert wird. Mit dieser Frequenz wird der Motor zwangsweise hochgesteuert, wobei in Verbindung mit den Hallsensoren 26 nach Art einer Rückkopplung ein Anschwingen des Motors hinsichtlich der Drehzahl eintritt, wodurch der Motor sehr schnell anläuft und sehr hohe Drehzahlen im Leerlauf bis zu 100 000 Umdrehungen pro Minute erreichen kann, in Abhängigkeit von den mechanischen Festigkeiten der bewegten Teile und in Abhängigkeit von den pneumatischen Eigenschaften der Turbine.
Zeichnungs-Legende
 1 Motor
 2 Stator    32 Abdeckung
 3 Erregerwicklung
 4 Luftspalt
 5 Rotor    35 THS1-Thermoschalter
 6 Rotorblech
 7 Permanentmagnet
 8 Rotorwelle
 9 Lüfterrad
10 Turbine
11 Turbinenrad
16 Auslaßschlitz
17 Auslaßöffnung
18 Ringschale
23 Klemmschraube
24 Verengung
25 Permanentmagnet
26 Hallsensor
27 Frequenzumrichter
28 Endstufe
29 Ansaugschlitz

Claims (7)

1. Staubsaugermotor, bestehend aus einem Stator mit Erregerwicklung und einem Rotor, der mit einer Turbine zur Erzeugung des Unterdrucks gekoppelt ist, wobei der Motor ein Drehzahlverhalten aufweist, derart, daß beim Verschließen der Saugöffnung des Staubsaugers die Drehzahl hochläuft und sich ein erhöhter Saugdruck einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß ein bürstenloser Gleichstrommotor (1) nach Art eines elektronisch kommutierten Motors vorgesehen ist, wobei die Erregerwicklung (3) des Motors im Gegentakt von Transistoren T1 (T3) und T4 (T2) in Verbindung mit einer Diodenbrücke D1, D2 frequenz- und stromgesteuert über zwei Endstufen IV1 und IV2 angesteuert wird, welche ihrerseits mit einer Ansteuerlogik IV3C, IV3D und IV5B zur Strombegrenzung in Verbindung stehen, wobei Regelimpulse von Hallsensoren (26) an den Eingängen HS1 und HS2 einer weiteren Ansteuerlogik IV4C , IV4D die Endstufen IV1 und IV2 in der Frequenz nachregeln, derart, daß ausgehend von dem mit einer sägezahnförmigen Frequenz überlagerten Strom in der Erregerwicklung (3) ein wechselndes, trapezförmiges Magnetfeld erzeugt wird, welches auf ringförmig angeordnete Permanentmagnete (7) des Rotors (5) einwirkt.
2. Staubsaugermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltimpulse der Hallsensoren (26) symmetrisch zunächst an den Eingängen HS1, HS2 über Schmitt-Trigger IV4A, IV4B geführt werden und im weiteren zu UND-Gattern IV3A, IV3B, wo eine Verknüpfung mit einem Flip-Flop IV6A, IV6b betreffend den Anlauf der Schaltung erfolgt und zusätzlich eine Verschaltung über UND-Gatter IV3C, IV3D vorgesehen ist, wo eine Verknüpfung mit der Stromsteuerung der Endstufen IV1, IV2 erfolgt, derart, daß die Transistoren T1 und T4 bzw. T2 und T3 geschaltet werden, so daß ein mit der Steuerfrequenz der Hallsensoren (26) schwankender Stromverlauf innerhalb der Erregerwicklung (3) erzeugt wird.
3. Staubsaugermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Anlaufzeitpunkt des Motors die Ansteuerung der Endstufen IV1, IV2 verzögert mit einem RC-Glied über eine Schaltstufe IV6C erfolgt, welche im weiteren ein Flip-Flop IV6A, IV6B schaltet, der mit seinem Ausgang die UND-Gatter IV3A, IV3B für die Ansteuerung mit den Hallsensoren (26) freigibt und derart der Motor gestartet wird.
4. Staubsaugermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstufen IV1, IV2 zusätzlich über einen Thermoschalter THS1 des Motors angesteuert werden, wobei ein Schaltglied IV6D den Fehlereingang der Endstufen IV1, IV2 ansteuert.
5. Staubsaugermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hallsensoren (26) im Bereich der Rotorwelle (8) gegenüberliegend von mit der Rotorwelle (8) rotierenden Magneten (25) angeordnet sind.
6. Staubsaugermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (3) vierpolig geteilt ausgebildet ist, wobei der Erregerwicklung (3) gleicher Polzahl ringförmige Permanentmagnete (7) des Stators nach Art einer Ringschale (18) gegenüberstehen.
7. Staubsaugermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Erregerwicklung (3) der Luftspalt (4) zum Stator (2) entsprechend der Polzahl jeweils verengt asymmetrisch ausgebildet ist, derart, daß sich in Richtung der jeweiligen Verengung (24) des Luftspalts (4) eine vorbestimmte Anlaufrichtung des Motors (1) ergibt.
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