DE2330309C3

DE2330309C3 - Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines kollektorlosen Gleichstrommotors

Info

Publication number: DE2330309C3
Application number: DE2330309A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Phys. 8500 Nuernberg Kuehnlein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-06-14
Filing date: 1973-06-14
Publication date: 1978-04-13
Also published as: DE2330309B2; GB1478049A; JPS5892897U; US3903462A; DE2330309A1; JPS5032415A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines kollektorlosen Gleichstrommotors, bei dem die von den die Läuferstellung erfassenden Lagemeldern nacheinander abgegebenen Steuersignale sowohl zur Steuerung der Kommutierungseinrichtung als auch zur Darstellung einer der Drehzahl proportionalen Größe verwendet werden.

Durch die DT-AS 19 54 846 ist eine Anlaufschaltung für einen Gleichstrommotor bekannt, bei dem als Lagemelder Hallgeneratoren vorgesehen sind, deren Hallspannungen sowohl zur Steuerung der Kommutierungseinrichtung als auch zur Bildung eines Drehzahlistwertes dienen. Eine Möglichkeit, aus diesem Drehzahlistwert die Umlaufdauer des Läufers zu ermitteln, ist in dieser Auslegeschrift jedoch nicht beschrieben.

Bei Magnetbandkassettengeräten besteht das Problem, für die Regelung auf konstante Bandgeschwindigkeit eine geeignete Regelgröße zu findet? Die Bandgeschwindigkeit ist bei derartigen Geräten der

ίο Summe der Quadrate der Umlaufdauer der beiden Spulen proportional. Wird diese Summe konstant gehalten, so ist damit auch die Bandgeschwindigkeit konstant. Die Umlaufdaiier ist eine Größe, die auf einfache Weise erfaßt werden kann. Eine Messung jeweils nach einem vollen Umlauf der Spule hat jedoch den Nachteil, daß irgendwelche Änderungen während eines Umlaufes relativ spät erfaßt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines kollekiorlosen Gleichstrommotors anzugeben, mit der die Umiaufdauer des Läufers gemessen werden kann und mit der irgendwelche Änderungen der Umlaufdauer möglichst schnell erfaßt werden können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß zum Messen der Umlaufdauer des Läufers von den Steuersignalen in einer der Kommutierung entsprechenden Folge und Dauer integrierende Speicherelemente mit einer konstante Signale liefernden Speisequelle verbunden werden.

ferner jedes Speicherelement nach Ablauf seiner Einschaltdaucr abgefragt und nach dem Abfragen wieder zurückgestellt wird.

Die Schaltungsanordnung für einen Motor mit einer mindestens dreipulsigen Kommutierungseinrichtung ist vorteilhaft derart ausgebildet, daß die Anzahl der Speicherelemente der Pulszahl der Kommutierungseinrichtung entspricht, daß die Speicherelemente über erste der Reihe nach durch die von den Lagemeldern abgegebenen Steuersignale gesteuerte Schaltelemente an die Speisequelle angeschlossen und zum Abfragen mit einem gemeinsamen Abfrageausgang verbunden sind, daß ferner jedem Speicherelement eine Rückstellvorrichtung zugeordnet ist, die jeweils durch das Steuersignal gesteuert ist, welches als übernächstes auf das das erste Schaltelement des gleichen Speicherelementes steuernde Steuersignal folgt.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich eine einfache Schalt'jngsanordnung dadurch, daß als Speicherelemente Kondensatoren vorgesehen sind, die über die ersten Schaltelemente an eine Konstantslromquelle schaltbar sind und deren Verbindungspunkt mit den; ersten Schaltelement jeweils über eine Entkopplungsdiode mit dem gemeinsamen Abfrageausgang verbunden ist, denen ferner jeweils ein zweites, parallel liegendes Schaltelement als Rückstelleinrichtung zugeordnet ist. Kommutierungsfehler sowie Toleranzen der Bauelemente, insbesondere unterschiedliche Kapazitäten der Kondensatoren lassen sich nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch ausgleichen, daß jedem Kondensator eine einstellbare Kon= stantstromquelle zugeordnet ist, oder auch dadurch, daß der Stromwert der Konstantstromquelle umschaltbar ist.

Anhand eines in eier Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit einer angeschlossenen Schaltungsanordnung zum Mes-

sen der UnilquTdauerdes Läufers,

Fig.2 eine Schaltungsanordnung, bei der jedem Kondensator eine eigene Konstantstromquelle zugeordnet ist.

In Fig. I ist mit 1 ein Dauermagnetläufer eines kolleklorlosen Gleichstrommotors bezeichnet. Mil N und S ist die Polarität des Dauermagnetläufers 1 angedeutet. Die Ständerwicklung des Gleichstrommotors besteht au^c vier Wicklungssträngen 2 bis 5. Als Lagemelder sind bei diesem Gleichstrommotor zwei Hallgeneratoren 6 und 7 um 90° elektrisch gegeneinander vei setzt im Ständer angeordnet. Die Hallspannungsanschlüsse dieser beiden Hallgeneratoren 6 und 7 sind zu einem Hallspannungsverstärker 8 geführL Der Ausgang des Hallspannungsverstärkers 8 ist mit einer Steuerschaltung 9 für die Kommutierung verbunden. Durch die Steuerschaltung 9 werden die Steuersignale der Hallgeneratoren 6 und 7 so miteinander verknüpft, daß die an die Ausgänge der Steuerschaltung 9 angeschlossenen, mit den Wicklungssträngen 2 bis 5 in Reihe liegenden Leistungstransistorcn 71 bis 74 jeweils für 90° elektrisch während einer Läuferunidrehung stromführend sind. Zu den Leistungstransistoren 71 bis 74 ist ein gemeinsamer Regeltransistor 75 in Reihe geschaltet. Dieser Regeltransistor 75 wird durch einen Drehzahlregler 10 gesteuert.

An die Ausgänge der Steuerschaltung 9 sind zusätzlich zu den Leistungstransistoren 71 bis 74 vier Steuertransistoren 76 bis 79 mit ihren Baser, angeschlossen. Durch jeden Ausgang der Steuerschaltung 9 wird somit ein Leistungstransistor und ein Steuertransistor gesteuert. Die Steuertransistoren 76 bis 79 dienen als erste Schaltelemente für Kondensatoren Cl bis C4 und sind mit diesen in Reihe geschaltet. Zu jedem der Kondensatoren Cl bis C4 ist als zweites Schaltelement jeweils ein Entladetransistor 710 bis 713 parallel geschaltet. Der gemeinsame Verbindungspunkt zwischen jedem Kondensator Ci bis C4 und seinem zugehörigen Steuertransistor 76 bis 79 ist jeweils über eine Entkoppijngsdiode Dl bis D4 mit einer gemeinsamen Abfrageeinrichtung 11 verbunden.

Jeder der den Kondensatoren Cl bis C4 zugeordneten Entiadetransistoren 710 bis 713 ist mit seiner Basis mit der Basis des dem übernächsten Kondensator zugeordneten Steuertransistors 76 bis 79 verbunden. Der dem Kondensator CI zugeordnete Entladetransistor 710 ist somit mit dem Steuertransistor 78 des Kondensators C3 verbunden.

Über die Steuertransistoren 76 bis 79 liegen die Kondensatoren Cl bis L'4 an einer gemeinsamen Konstantstromquelle. Diese Konstantstromquelle besteht aus einem Transistor 714, zu dessen Kollektor-Strecke ein einstellbarer Widerstand Rl in Reihe geschaltet ist. Mit seiner Basis ist der Transistor 714 an den Abgriff eines aus einer Zenerdiode Z und einem Festwiderstand Rl bestehenden Spannungsteiler angeschlossen. Die Konstantstromquelle ist mit der Spannungsquelle des kollektorlosen Gleichstrommotors verbunden.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig, 2 ist jedem Kondensator Cl bis C4 eine eigene Konstantstromquelie R3, 715 bis R6, 718 zugeordnet. Diese Konstantstromquellen RH, 715 bis Rf>, 718 bestehen jeweils aus einem einstellbaren Widerstand R3 bis R6 und einem zu diesem in Reihe liegenden Transistor 715 bis 718. Die Transistoren 715 bis 718 sind mit ihren Basen an den Abgriff eines aus einer Zenerdiode Z und einem Festwiderstand Rl bestehenden Spannungsteiler angeschlossen. In ihren übrigen Teilen entspricht diese Schaltungsanordnung der bei Fig. I beschriebenen Schaltungsanordnung, Es sind daher für die übrigen Teile auch die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. I verwendet. Die Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt: Durch das über die Steuerschaltung 9 an einen der L.eistungsiransistoren 71 bis 74 weitergeleitete Steuersignal der Hallgeneratoren 6 und 7 wird gleichzeitig einer der Steuertransistoren 76 bis 79 aufgesteuert. Die

ίο Steuertransistoren 76 bis 79 werden somit in der gleichen Reihenfolge wie die Leistungstransistoren 71 bis 74 aufgesteuert. Es wird angenommen, daß der Leistungstransistor 71 als erster ein Steuersignal über die Steuerschaltung 9 erhält. Damit wird gleichzeitig der

rs Steuertransistor 76 aufgesteuert. Über den Transistor 714 und den einstellbaren Widerstand Rl wird nunmehr der Kondensator Cl mit konstantem Strom aufgeladen. Die Spannung an diesem Kondensator Cl steigt linear an und ist ein Mall für die Ladezeit. Die Ladezeil entspricht ferner bei dem im ^..sführungsbeispiel dargestellten Motor der Zeit für eine ίΚΓ-Drehung des Dauermagnetläufers 1. Nach einer Viertelumdrehung des Dauermagnetläufers 1 wird durch die von den Hallgeneratoren 6 und 7 abgegebenen Steuersignale über die Steuerschaltung 9 der Leistungstransistor 72 und mit diesem der Steuertransistor 77 aufgesteuert. Gleichzeitig werden der Leistungstransistor 71 und der Steuertransistor 76 gesperrt. Über den Steuertransistor 77 lädt sich nunmehr der Kondensator Cl linear während der Einschaltdauer des Steuertransistors 77 auf. Nach dem Sperren des Steuertransistors 76 liegt die Spannung des Kondensators Cl über die Entkopplungsdiode Dl an der Abfrageeinrichtung 11 an. Die Abfrageeinrichtung 11 erhält somit eine der Umlaufdauer des Dauermagnetläufers 1 proportionale Größe.

Hat sich der Dauermagnetläufer 1 um weitere 90° gedreht, so wird über die Steuerschaltung 9 der Leistungstrarisistor 73 und der Steuertransistor 73 aufgesteuert. Ferner wird auch der mit seiner Basis an der Basis des Steuertransistors 78 angeschlossene EntLidetransistor 710 durchgesteuert und dadurch der Kondensator Cl entladen. Der Kondensator Cl ist damit für eine neue Aufladung vorbereitet. Während sich nunmehr der Kondensator C3 über den Steuertransistor 78 wiederum linear auflädt, liegt die Spannung des zuvor aufgeladenen Kondensators Cl über die Entkopplungsdiode Dl an der Abfrageeinrichtung 11 an.

Nach der nächsten 90°-Drehung des Dauermagnetläufers 1 wird der Leistungstransistor 74 und der Steuertransistor 79 durchgesteuert. Zusammen mit dem Steuertransistor 79 wird auch wieder der Entladetransistor 711 durchgeschaltet. so daß der Kondensator Cl entladen wird. Während der Aufladung des Kondensators C4 über den Steuertransistor 79 wird wiederum die an dem Kondensate: C3 anstehende Spannung über die Entkopplungsdiode Di an die Abfrageeinrichtung Il gelegt. Sobald der Steuertransistor 79 wieder gesperrt ist, beginnt der Zyklus wieder bei dem Steuertransistor 76. Nunmehr wird beim Aufsteuern des Steuertransi-

6q stors 76 auch der Entladetransistor 712 und beim Aufsteuern des Steuertransistors 77 der Entlpdeiransistor 713 aufgesteuert. Hierdurch werden nacheinander die Kondensatoren C3 und C4 wieder entladen und für den nächsten Aufladevorgang vorbereitet. Die Ein-

fij schaltdauer jedes Entladetransistors 710 bis 713 stimmt jeweils mit der Einschaltdauer des entsprechenden Steuertransistors überein.

Durch die Schaltungsanordnung nach der Erfindune

werden bei einem kolleklorloscn Gleichstrommotor während der Umlaufdauer des Dauernuignctläufcrs mehrere Meßwerte ohne zusätzliche Abfrageelcmente ermittelt. Auf diese Weise können irgendwelche Änderungen während eines Umlaufes schneller erfaßt und ausgeregclt werden. Da die Meßwerte der Umlaufdauer der Daucrmagnetläufer direkt proportional sind, kann die Schaltungsanordnung nach der Krfindung insbesondere zur Regelung der Bandgeschwindigkeit bei Magnetbandkassettengcräten verwendet werden. Wie eingangs bereits erläutert, gilt fur solche Gerate die Beziehung, daß konstante Bandgeschwindigkeit vorliegt, wenn die Summe der Quadrate der Umlaufdauer der beiden Spulen konstant ist.

Die Schaltungsanordnung nach der Lrfindung kann deshalb insbesondere dann, zur Drehzahlregelung verwendet werden, wenn andere Möglichkeiten zur

I. Γ Irnh/i»hl γι*Μτ«>η /Ii Hi¹IfIi¹T l")rt»h /:\ h-

len versagen Mit der erfindiingsgeniäßen Schaltungsanordnung wird auch bei sehr kleinen Drehzahlen ein sehr genauer Drehzahlistwert erreicht. Der Drehzahlistwert kann hinter den Lntkoppliingsdioden l)\ bis /» abgegriffen und dem Drehzahlregler 10 zugeführt werden, wie dies durch die gestrichelte Linie in 1 i g. I angedeutet ist. Da die Umlaufzeit der Drehzahl umgekehrt proportional ist. kann es u.U. erforderlich sein, in die Zuführung zum Drehzahlregler eine Divisionsstufc einzuschalten, die den Keziprokwcrl bildet.

Bei tier Schaltungsanordnung nach ! ι g. 2 besteht die Möglichkeil, durch die einstellbaren Widerslände Ki bis /Aden Stromwert der jeweiligen Konslantslromqiiclle so einzustellen, daß irgendwelche Unterschiede der Bauelemente ausgeglichen werden. Die Arbeitsweise dieser Schaltungsanordnung ist die gleiche wie die der bei Γ i g. I beschriebenen Schaltungsanordnung.

Bei der Schaltungsanordnung nach der l'.rfiiuliing können als integrierende Speicherelemente z. Ii. .inch Zählstufen vorgesehen werden Solchen Zählstufen wurden dann digitale Signale ziigeltihrl. Als Spciseqiicl Ie würde sich in einem solchen I alle ein I requen/gencralor eignen, der eine konsiante I qiienz abgibt und über die ersten Schaltelemente lewetls entsprechend ijnr I lml:>llfrl:Mirr fies D;)l li'llll. I i'lll'l hltlfiTS 11111 dl'Il einzelnen Zählstufen \ erblinden ist. Als weitere integrierende Speicherelemente sind auch Gleichstrommotoren anzusehen, die entsprechend der l.inschaltdauer der ersten Schaltelemente an eine konstante Gleichspannung geschaltet werden. Die Drehwinkel der Läufer dieser Gleichstrommotoren sind dann ein Maß fiirdic Umlaufzeit des Dauermagnetläufers.

Hierzu 1 Blatt Zcidinunecn

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines koliektorlosen Gleicbstrommtors, bei dem die von den die Läuferstellung erfassenden Lagemeldern nacheinander abgegebenen Steuersignale sowohl zur Steuerung der Kommutierungseinrichtung als auch zur Darstellung einer der Drehzahl proportionalen Größe verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen der Umlaufdauer des Läufers von den Steuersignalen in einer der Kommutierung entsprechenden Folge und Dauer integrierende Speicherelemente (Ci bis CA) mit einer konstante Signale liefernden Speisequelle (Z. R2, Ri, 714) verbunden werden, ferner jedes Speicherelement (CX bis CA) nach Ablauf seiner Einschaltdauer abgefragt und nach dem Abfragen wieder zurückgestellt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, für einen Motor mit einer mindestens dreipulsigen Kommutierungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das die Anzahl der Speicherelemente (Ci bis CAi) der Pulszahl der Kommutierungseinrichtung entspricht, daß die Speicherelemente (C\ bis CA) über erste der Reihe nach durch die von den Lagemeldern (6, 7) abgegebenen Steuersignale gesteuerte Schaltelemente (76 bis 79) an die Speisequelle (Z. R2, Ri, 714) angeschlossen und zum Abfragen mit einem gemeinsamen Abfrageausgang verbunden sind, daß ferner jedem Speicherelement (O bis CA) ein;. Rückstellvorrichtung (710 bis 713) zugeordnet ist, die jeweils dur.'i das Steuersignal gesteuert ist, welches als 'ibernächstcs auf das das erste Schaltelement (76 bis T^) des gleichen Speicherelementes (Ci bis CA) steuernde Steuersignal folgt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Speicherelemente Kondensatoren (Ci bis CA) vorgesehen sind, die über die ersten Schaltelemente (76 bis 79) an eine Konstantstromquelle (Z. R2, Ri, 714) schaltbar sind und deren Verbindungsptnkt mit dem ersten Schaltelement (76 bis 79) jeweils über eine Entkopplungsdiodc (Di bis DA) mit dem gemeinsamen Abfrageausgang verbunden ist, denen ferner jeweils ein zweites, parallelliegendes Schaltelement (710 bis 713) als Rückstelleinrichtung zugeordnet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Kondensator (Ci bis CA) eine einstellbare Konstantstromquelle (R3, 715 bis Λ6, 718) zugeordnet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromwert der Konstantstromquelle umschaltbar ist.