DE2461391C3 - Drehzahlregelschaltung für einen kollektorlosen Gleichstrommotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehzahlregelschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Drehzahlregelschaltung ist bekannt (»Archiv für technisches Messen«, Blatt Z 562/1, April 1968, Seiten 79 bis 82). Bei der bekannten Schaltung wird als Bezugsgröße für den Soll-Ist-Vergleich die Basis-Eipitter-Spannung eines Transistors verwendet Die bekannte Schaltung besitzt eine relativ geringe Empkindlichkeit und eine starke Temperaturabhängigkeit infolge der sehr temperaturempfindlichen Basis-Emitter-Spannung.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Drehzahlregelschaltung der eingangs bezeichneten Art so auszugestalten, daß sie zur Erzielung einer besseren Regelung eine höhere Empfindlichkeit aufweist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst

Die Verwendung eines Differenzverstärkers als Vergleicherschaltung ermöglicht eine wesentlich größe-

re Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Drehzahlregelschaitung, was mit einer höheren Regelgenauigkeit verbunden ist. Der Differenzverstärker bietet darüber hinaus den Vorteil, daß die seinem einen Eingang zugeführte Bezugsspannung auf bekannte Weise relativ

einfach temperaturunabhängig gemacht werden kann.

Die Verwendung eines Differenzverstärkers in Drehzahlregelschaltungen von Gleichstrommotoren ist an sich bekannt (»Funkschau«, Band 44 (1972), Heft 24, Seiten 895-898). Dabei wird jedoch für den Soll-Ist-

Vergleich die der Ist-Drehzahl entsprechende Spannung mit Hilfe eines Tacho-Generators erzeugt und ist daher potentialmäßig von der Regelschaltung zunächst einmal unabhängig.
Die Verwendung eines Differenzverstärkers bei einer Drehzahlregelschaltung der eingangs genannten Art, bei der die der Ist-Drehzahl entsprechende Spannung aus den Anker- bzw. Feldwicklungen des Motors selbst gewonnen wird, ist wegen der Potentialbindung dieser Spannung nicht ohne weiteres möglich. Die vom

Mehrphasen-Einweg-Gleichrichter gelieferte Spannung setzt sich nämlich aus der induzierten Spannung zuzüglich der Betriebsspannung der Drehzahlregelschaltung zusammen. Da diese Spannung also höher, bestenfalls gleich der Betriebsspannung ist, kann sie

nicht als Eingangsspannung für einen Differenzverstärker verwendet werden, der mit eben dieser Betriebsspannung betrieben wird. Man könnte daran denken, die Spannung vom Mehrphasen-Einweg-Gleichrichter über

einen Spannungsteiler dem Differenzverstärker zuzuführen. Bei dem erforderlichen Teilerverhältnis wurde dies jedoch zu einer wesentlichen Verstärkungsminderung fuhren und somit den Vorteil der höheren Empfindlichkeit durch den Differenzverstärker wieder aufheben.

Die erfindungsgemäß in Verbindung mit einem Differenzverstärker verwendete Pegelschiebesehaltutg ermöglicht die Verwendung des Differenzverstärkers ohne die Verstärkungseinbuße.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprachen gekennzeichnet

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert

Fig. 1 ist ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer herkömmlichen Drehzahlregelschaltung;

Fig.2(a) ist ein Querschnitt, der den Autbau eines kollektorlosen Gleichstrommotors zeigt;

F i g. 2(b) zeigt den Verlauf der an einer Feldwicklung erzeugten Induktionsspannung;

F i g. 3 zeigt ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Drehzahlregelschaltung mit erfindungsgemäßen Teilmerkmalen;

Fig.4{a) ist ein Schaltbild einer Modifikation des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 3;

F i g. 4(b) ist ein Schaltbild, das den genaueren Aufbau der Impulserzeugungsschaltung der F i g. 4{a) zeigt;

Fig.5 ist ein Schaltbild, das ein weiteres Ausfüh rungsbeispiel zeigt;

Fig.6 zeigt das Schaltbild einer Modifikation des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 5;

F i g. 7 ist ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Drehzahlregelschaltung;

Fig.8 zeigt ein Schaltbild einer Modifikation des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 7;

F i g. 9 ist ein Schaltbild einer weiteren Drehzahlregelschaltung mit Teilmerkmalen gemäß der Erfindung.

F i g. 1 ist ein 'Schaltbild einer Ausführung einer herkömmlichen Drehzahlregelschaltung für einen kollektorlosen Gleichstrommotor. L\ bis L₄ sind Ankerbzw. Feldwicklungen des Motors. H\ und Hi sind Hallelemente, die zusammen mit einem Rotor, der in Fig.2 gezeigt ist, den Motor bilden. Qj bis Qb sind Transistoren der Regelschaltung; ihre Emitter sind mit einer Stromversorgung fund ihre Kollektoren mit den genannten Feldwicklungen verbunden. Ferner sind die Basen der Transistoren Q3 bis Qfe jeweils mit einem der AusgangsanschlQsse a, b, c und d der Hallelemente H\ und H₂ verbunden und werden durch die an diesen so Ausgangsanschlüssen erzeugte Spannung jeweils individuell gesteuert A bis D₄ sind Dioden, die jeweils mit einer der Feldwicklungen L_x bis L₄ verbunden sind und als Einphasen-Einweggleichrichter in diesen induzierte Spannungen zusammensetzen. Ein Widerstand Ri und ein veränderbarer Widerstand R₂ bilden eine an der Stromversorgung fliegende Spannungsteilerschaltung. Qi und Qi sind Schalttransistoren; die Basis von Qi ist mit dem Verbindungspunkt der genannten Spannungsteilerschaltung verbunden, sein Kollektor mit den Dioden D\ bis D₄. R₃ ist ein Widerstand, der zwischen Basis und Emitter des Transistors Qi geschaltet ist A₇-ist ein Thermistor, der mit dem Widerstand Kj zur Temperaturkompensation in Reihe liegt Die Basis des Schalttransistors Qi ist mit dem Kollektor von Qi verbunden, während der Emitter von Qi mit dem Minuspol der Stromversorgung verbunden ist; gleichzeitig liest der Kollektor des Schalttransistors Q₁ an einem gemeinsamen Verbindungspunkt der Eingangsanschlüsse e und g, von denen jeder einen der beiden Eingangsauschlüsse der Hallelenrsnte H\ und Hi darstellt Die anderen Eingangsanschlüsse / und h der Hallelemente Hx und Hi sind mit dem Pluspol der Stromversorgung 2? über einen Widerstand verbunden. Q, Ci und C₃ sind Kondensatoren, die eine stetige Schaltfunktion der Schalttransistoren Qi und Qi gewährleisten, während Sw ein Stromversorgungsschalter ist

Fig.2(a) ist eine Schnittansicht die den Aufbau des Motors, der an die in Fig. 1 gezeigte Drehzahlregelschaltung angeschlossen ist zeigt wobei L\ bis L₄ die in Fig. !gezeigten Feldwicklungen und H\ und Hi die Hallelemente sind, während R der Rotor ist der aus einem Permanentmagneten besteht

Wenn der Stromversorgungsschalter S_w eingeschaltet wird, während der Rotor R, die Hallelemente H\ und H₂ und die Feldwicklungen L\ bis L₄ in dem in Fig.2 gezeigten Zustand sind, wird der Basis des Transistors Qi über die Spannungsteilerschaltung aus dem Widerstand R\ und dem veränderbaren Widerstand Ri eine Teilspannung der Stromversorgung E zugeführt; wenn der Widerstandswert von R-i im Vergleich zu dem von R\ sehr klein voreingestellt ist nimmt der Transistor Qi seinen Aus-Zustand an und daher der Transistor Q₂ seinen Ein-Zustand. Es fließt daher ein Strom zu den Hallelementen H\ und Hi über deren Eingangsanschlüsse /und e bzw. h und g und den Transistor Q2. Da sich der Rotor R und die Hallelemente H\ und Hi in dem in F i g. 2 gezeigten Zustand befinden, wird dann durch den magnetischen Fluß des Rotors eine Hallspannung erzeugt die an dem Ausgangsanschluß a des Hallelements H\ negativ und an dem Ausgangsanschluß b desselben positiv ist so daß das Basispotential des Transistors Q) niedriger als das Emitterpotential ist und der Transistor Q₃ durchschaltet Dadurch fließt ein Antriebsstrom zur Feldwicklung L_t, so daß sich der Rotor R in der Richtung des Pfeils zu drehen beginnt Sobald der Nordpol des Rotors R dem Hallelement H₂ gegenübersteht wird an dessen Ausgangsanschluß d eine negative Spannung erzeugt während an dessen Anschluß c eine positive Spannung erzeugt wird, so daß der Transistor Q₆ leitend wird, ein Antriebsstrom zur Feldwicklung L₄ fließt und der Rotor R sich weiter in Richtung des Pfeils dreht Dann fließt ein Antriebsstrom der Reihe nach zu den Feldwicklungen L3 und Li, und der Rotor R setzt seine Rotation fort Da der Rotor R rotiert werden ein magnetischer Fluß und eine der Drehzahl entsprechende Induktionsspannung in der Feldwicklung erzeugt in der kein Antriebsstrom fließt; diese Spannungen werden durch die Dioden A bis D₄ zu der Spannung gemäß F i g. 2(b) an dem Punkt A zusammengesetzt Zum Widerstand R₃ fließt daher ein der Spannung an dem Punkt A entsprechender Strom über R₂-R₃-Rt-Di bis L\ wobei an den Widerständen R₃ und Rt ein Spannungsabfall erzeugt wird. Da dieser Spannungsabfall durch die Widerstände R₃ und Ar einem Teil der Spannung an den Punkt A entspricht ist er wie diese drehzahlabängig. Rotiert der Rotor R mit einer Drehzahl, die höher ist als die Solldrehzahl, überschreitet der Spannungsabfall an den Widerständen Rs und /?rdie Spannung Vbe-des Transistors Qi, so daß dieser durchschaltet und dadurch den Transistor Qi sperrt Sobald der Transistor Q2 sperrt ist die Stromzufuhr zu den Hallelementen H\ und H₂ blockiert so daß kein Antriebsstrom mehr zu den Feldwicklungen Li bis L₄ fließt da keine Hallspannung erzeugt wird;

demgemäß sinkt die Drehzahl des Rotors R und wird konstant auf den Sollwert gesteuert Wenn also bei dieser beschriebenen herkömmlichen Steuerschaltung die Solldrehzahl und die Istdrehzahll verglichen werden, dann erfolgt dies durch einen Vergleich mit der Spannung Vbe des Transistors Qi ails Bezugsspannung, weshalb der Vergleichstransistor Qt nicht nur einen hohen Genauigkeitsgrad aufweisen muß, sondern auch geringe Fehler infolge seiner Empfindlichkeit gegenüber Einflüssen der Temperatur und der Versorgungsspannung.

Fig.3 zeigt ein Schaltbild eineir Ausführung einer Drehzahlregelschaltung mit Teilmerkmalen gemäß der Erfindung, in dem Teile mit demselben Aufbau und derselben Betriebsfunktion wie jene des in F i g. 1 gezeigten Schaltbilds mit denselben Bezugszeichen kenntlich gemacht sind. Dz ι ist eine Zenerdiodc und Qe ein Transistor, die zusammen eine Konstantspannungsschaltung bilden, wobei der Transistor Qs mit der Basis des Transistors Qi verbunden ist und dieser stets eine konstante Spannung zuführt. Qt ist ein Transistor, dessen Kollektor über ein Potentiometer Rs mit den Dioden D_x bis D₄ verbunden ist, an denen eine der Drehzahl des Motors entsprechende Induktionsspannung: erzeugt wird, und dessen Basis mit dem Ausgangsanschluß der Konstantspannungsschaltung aus dem Transistor Q₆ und der Zenerdiode Dz \ verbunden ist wodurch eine Konstantstromquelle erhalten wird, die dem Potentiometer Rs stets einen konstanten Strom zuführt und zugleich eine Istdrehzahl-Eingangsschaltung einer Differenzverstärkerschaltung darstellt die nachstehend besenrieben wird. Durch Änderung des Widers.tandswerts des Potentiometers Rs kann der Drehzahl jeder gewünschte Wert gegeben werden. Dzi ist eine Zenerdiode, die parallel zu einem Widerstand Rs und in Reihe mit einem Widerstand Ra an die Stromquelle geschaltet ist so daß eine Spannungsteilerschaltung der Versorgungsspannung und zugleich eine Solldrehzahl-Eingangsschaltung vorliegt, die an den Eingangsanschluß für die Solldrehzahlinformation der noch zu beschreibenden Differenzverstärkerschaltung stets eine kosntante Bezugsspannung liefert die der Solldrehzahl des Motors entspricht Qio, <?! ι sind Transistoren, die die Differenzverstärkerschaltung bilden, wobei die Basis von Qio mit dem Schleifer des Potentiometers Äs verbunden ist und demgemäß eine der Drehzahl des Rotors entsprechende Spannung erhält Die Basis von Qu ist mit dem Ausgangsanschluß der Solldrehzahl-Eirjgangsschaltung verbunden, so daß eine Spannung zugeführt wird. Qg ist ein Transistor für die Stabilisierung der Enritterspannüng von Qio, Q_n, dessen Basis mit dem Ausgangsanschluß der obengenannten Zenerdiode Dz \ verbunden ist Qi 2 ist ein Ausgangstransistor, dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors Qw und dessen Emitter mit den Eingangsanschlüssen e und g der Hallelemente verbunden ist Ca und C₅ sind Glättungskondensatoren.

Nachstehend wird die Funktion der erfindungsgemäßen Schaltung erläutert Wenn der Stromversorgungsschalter Sw eingeschaltet wird, schaltet der Transistor Q₇ durch, so daß ein konstanter Strom zum Potentiometer R_s fließt Da der Rotor seine Drehung noch nicht begonnen hat wird keine Induktionsspannung erzeugt und da dem Punkt A eine Spannung zugeführt wird, die nahezu dieselbe ist wie die Versorgungsspannung E, wird das Basispotential des Transistors Qio niedriger als das Basispotential des Transistors Qu, während das Basispotential des Transistors Q12 hoch wird, der Transistor Q12 also durchschaltet und ein Strom zu den Hallelementen fließt Daher wird an den Hallelementen eine Hallspannung erzeugt, wie es in F i g. 1 detailliert gezeigt ist, und an dem Ausgangsanschluß a des Hallelementes H\ anfangs ein positives elektrisches , S Potential erzeugt, da die Richtung des zu den Hallelementen fließenden Stroms in dem in Fig.3 gezeigten Beispiel umgekehrt zu der in dem Beispiel gemäß Fig.2 ist Der Transistor Q₃ schaltet daher durch, und es fließt ein Antriebsstrom zu der to Feldwicklung Li, so daß der Rotor seine Drehung beginnt Dann schalten die Transistoren Q₄ bis Q₆ der Reihe nach durch, und ein Antriebsstrom fließt der Reihe nach zu den flußerzeugenden Wicklungen L₂ bis ' U, so daß der Läufer seine Drehung fortsetzt ΐ\

Während sich der Rotor dreht, wird in den Feldwicklungen, in denen kein Antriebsstrom fließt, eine der Drehzahl entsprechende Induktionsspannung erzeugt und durch dl·· Dioden Di bis D₄ zusammengesetzt wobei im Punkt , eine Spannung erzeugt wird, die durch Addieren dieser Induktionsspannung, wie sie in F i g. 2 (b) gezeigt ist zur Versorgungsspannung gebildet wird. Wenn sich dann der Rotor mit der vorgeschriebenen Solldrehzahl oder schneller dreht, wird die Induktionsspannung größer, so daß auch die Spannung an dem Punkt A höher wird. Da das Basispotential des Transistors Qio höher wird als das Basispotential des Transistors Qn, wird das Basispotential von Q12 niedriger, so daß der Eingangsstrom ζμ den Hallelementen H₁ und H₂ abnimmt Da hierdurch die an den , Hallelementen erzeugte Hallspannung sinkt sinkt auch , der zu den Feldwicklungen Li bis L₄ fließende Antriebsstrom, so daß die Drehzahl des Motors auf den konstanten Sollwert gesteuert wird. Der Grund dafür, daß die Spannung im Punkt A über die Konstantstromschaltung und das Potentiometer Äs zu einer Spannung gemacht wird, die mit der Bezugsspannung entsprechend der Solldrehzahl der Istdrehzahl entspricht und verglichen wird, liegt darin, daß die im Punkt A erzeugte Spannung selbst nicht als Eingangsspannung für die Differenzverstärkerschaltung geeignet ist da sie einen Wert entsprechend der Addition der Versorgungsspannung und der Induktionsspannung erhält und damit gleich der Betriebsspannung der Differenzverstärkerschaltung oder höher wird. Daher wird der Spannungspegel dieser Spannung verschoben, um dieselbe auf einen Wert umzuwandeln, daß sie als Eingangsspannung für die Differenzverstärkerschaltung geeignet ist und daß die der Änderung der Induktionsspannung entsprechende Spannung genau als Eingangsinformation dient Das heißt, wenn die Induktionsspannung als V_n, bezeichnet wird, wird dem Punkt A ein Wert E + V_n, entsprechend der Addition der Versorgungsspannung E und der Induktionsspannung V_n, eingeprägt weshalb der Basis des Transistors Qio die Spannung E + V_n, - RJ zugeführt wird, wenn der durch das Potentiometer R_s fließende Strom mit / bezeichnet wird. Wenn nun der Wert der Induktionsspannung V_n, verdoppelt wird, wird das Basispotential des Transistors Qio gleich E₊ 2V_m - RsI, wobei die Differenz in der der Basis zugeführten Spannung V_n, wird, wenn V_n, doppelt so groß wird, so daß der Basisspannung eine solche Spannung aufgedrückt wird, die exakt so groß ist wie die Änderung der Induktionsspannung.

F i g. 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung, bei der die Ausgangsspannung der in Fig.4(a) gezeigten Differenzverstärkerschaltung festgestellt und der Motor durch eine Impulserzeugungsschaltung D gesteuert wird, die ein dieser Ausgangsspannung entsprechendes

Impulssignal erzeugt In der Zeichnung sind solche Teile, die denselben Aufbau und dieselbe Betriebsfunktion wie jene in dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 besitzen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet F i g. 4{b) ist ein Schaltbild, das den Aufbau des Impulserzeugers D bemäß F i g. 4(a) detailliert zeigt

Qi ist ein Transistor, dessen Basis mit dem Anschluß a'in Fig.4{a), dessen Kollektor über den Widerstand R'i mit der Stromversorgung und dessen Emitter mit einer Zenerdiode ZD\ verbunden ist und der die Ausgangsspannung der Differenzverstärkerschltung erfaßt Q'₂ ist ein Transistor, dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors Q\ verbunden ist, dessen Emitter an der Zenerdiode ZD\ liegt und dessen Kollektor mit der Stromversorgung verbunden ist Q'₃ ist ein Ausgangstransistor, dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors Q'i, dessen Emitter mit der Stromversorgung und dessen Kollektor mit dem Punkt ti in F i g. 4(a) verbunden ist

Nachstehend wird die Funktion des in Fig.4 gezeigten Ausführungsbeispiels erläutert Da die Funktion des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.4 mit Ausnahme der Funktion des Impulserzeugers D dieselbe ist wie die des Ausfuhrungsbeispiels gemäß F i g. 3, werden die Erläuterungen auf den Impulserzeuger Dbeschränkt Da die Spannung am Punkt a'sinkt, wenn die Drehzahl des Motors höher wird als die Solldrehzahl, sperrt der Transistor QI, der Transistor Q'2 wird leitend und der Transistor Q'₃ sperrt, so daß der zu den Hallelementen H\ und H2 fließende Strom unterbrochen wird. Hierdurch wird die Drehzahl des Motors gesenkt und so gesteuert, daß sie den vorbestimmten Wert beibehält Wenn im Gegensatz hierzu die Drehzahl des Motors geringer wird als die Solldrehzahl, steigt das elektrische Potential im Punkt a', so daß der Transistor Q\ durchschaltet, der Transistor Q₂ sperrt und der Transistor Q'₃ durchschaltet was die Zeitdauer der Stromzufuhr zum Motor länger macht, so daß dessen Drehzahl ansteigt und ebenfalls auf den vorgegebenen Sollwert gesteuert wird.

F i g. 5 ist ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Drehzahlregelschaltung mit erfindungsgemäßen Teilmerkmalen, in dem solche Teile, die denselben Aufbau und dieselbe Funktion haben wie jene des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 3, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. In diesem Fall ist eine Parallelschaltung des Widerstands Ri und eines Thermistors 77/1 mit den Kathodenanschlüssen der Dioden D\ bis Da verbunden, und die Induktionsspannung liegt über der Parallelschaltung an einem Verbindungspunkt einer Spannungsteilerschaltung aus dem Widerstand R₃, einer Stabilisierungsdiode Ds etc, die mit einem der Eingangsanschlüsse der Differenzverstärkerschaltung verbunden ist Die Stabilisierungsdiode D₅ dient der Temperaturkompensation und kompensiert die temperaturabhängige Änderung der Eingangsspannung der Differenzverstärkerschaltung zusammen mit dem Thermistor 7Ä1. Mit den Basen der Transistoren Qi₀, Qn, die die Differenzverstärkerschaltung bilden, sind Dioden De und D₇ und Schalter Si und S₂ jeweils in Reihe geschaltet Die Dioden De und D₇ und die Schalter Si und S₂ dienen dem Umstellen bzw. Abändern des Eingangspegels zu den Transistoren Qio, Qu durch eine Kombination des Umschaltens der Schalter Si und S₂, so daß unterschiedliche Drehzahlen erhalten werden. Q₇ ist ein Ausgangstransistor, dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors Qu der Differenzverstärkerschaltung verbunden ist Der Kollektor des Transistors Q₇ ist mit den Eingangsanschlüssen der Hallelemente H\ und Hi über einen veränderbaren Widerstand VRi verbunden, so daß ein durch Ungenauigkeiten der Einrichtung verursachtes Ungleichgewicht korrigierbar ist. ZD₃ ist eine Zenerdiode zur Kompensation einer Veränderung der Versorgungsspannung. Der Widerstand R₇ besitzt einen hohen Widerstandswert und ist mit der Basis des Transistors Q\ 1 verbunden, der der Differenzverstärkerschaltung angehört. Der Widerstand R₇ dient der Kompensation einer geringen Veränderung der Zenerdiode ZD₃ durch die Veränderung der Versorgungsspannung. Nachstehend wird die Funktion der in Fi g. 5 gezeigten Steuerschaltung erläutert.

Wenn an den Klemmen (+) und (-) eine Gleichstromversorgungsquelle angeschlossen ist wird an dem einen oder dem anderen der Ausgangsanschlüsse der Hallelemente H\ und /Z₂ eine Hallspannung erzeugt wie dies bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 detailliert erläutert wurde, und einer der Transistoren Q₃ bis Qe schaltet entsprechend dieser Hallspannung durch, so daß der Antriebsstrom durch die entsprechende Feldwicklung fließt und der Rotor gedreht wird. Die Induktionsspannung, die bei Drehung des Rotors während der Zeitdauer, während der kein Antriebsstrom fließt in jeweiligen Feldwicklungen erzeugt wird, wird zusammengesetzt so daß am Ausgangsanschluß eine Spannung erzeugt wird, die der Drehzahl des Motors entspricht Durch diese Spannung fließt ein Steuerstrom über den Widerstand Ri, den Thermistor 7Ai, die Stabilisierungsdiode D₅ und den Widerstand R₃. Durch das Zusammenwirken des Thermistors und der Stabilisierungsdiode ist die Temperaturcharakteristik dieses Kreises hinreichend kompensiert weshalb eine Spannung an beiden Enden des Widerstands R₃ erzeugt wird, die der Drehzahl des Motors entspricht Wenn nun die Drehzahl des Motors aus irgendeinem Grund absinkt wird das Ausgangssignal der Diodenschaltung gesenkt Hierdurch sinkt auch die Spannung am Widerstand R₃, so daß das Eingangspotential des Transistors Qi 0 der Differenzverstärkerschaltung abnimmt Das Kollektorpotential des Transistors Qn steigt daher an und wird über den Transistor Q₇ dem veränderbaren Widerstand VRi aufgeprägt, wobei das Eingangspotential der Hallelemente H\ und Hi höher wird. Hierdurch wächst die Ausgangshallspannung und der Strom der dadurch gesteuerten Antriebsschaltung steigt an, so daß die Motordrehzahl zunimmt Die durch die Zenerdiode ZD₃ etc. ausreichend stabilisierte Vergleichsspannung wird der Basis des Transistors Qn der Differenzverstärkerschaltung aufgegeben, und die Eingangsspannung von Qio der Differenzverstärkerschaltung ändert sich infolge der nun wieder zunehmenden Motordrehzahl, so daß die Schaltung automatisch in ausgeglichenen Zustand versetzt wird. Hierdurch dreht sich der Rotor konstant mit der Solldrehzahl. In der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Schaltung, wie sie in der Zeichnung gezeigt ist, sind im Basiskreis der Transistoren Qio und Qi 1 Dioden De und D₇ und Schalter Si und S₂ vorgesehen, mit denen die Dioden überbrückt werden können. Die Anzahl der Dioden D₆ und D₇ kann geeignet gewählt werden, und die Schalter Si und S₂ können in passender Weise umgeschaltet werden, um die den Transistoren Qio und Q11 aufgedrückte Basisspannung zu verändern und einen gewünschten Pegel für die konstante Solldrehzahl einzustellen. Kondensatoren G und Q, sind Glättungskondensatoren, die die Welligkeit beseitigen, die in der durch die Dioden D\ bis Dk Zusammengesetz-

ten Induktionsspannung, wie sie in F i g. 2(b) gezeigt ist, enthalten ist Durch diese Kondensatoren wird die der Drehzahl des Motors entsprechende Spannung, die der Basis des der Differenzverstärkerschaltung angehörenden Transistors Qv> aufgegeben wird, zu einer welligkeitsfreien, geglätteten Spannung gemacht, was die Funktion der Differenzverstärkerschaltung stabilisiert

F i g. 6 zeigt eine Modifikation des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 5, wobei Teile mit demselben Aufbau und derselben Funktion wie jene in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.5 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. In dieser Figur ist der Motorsteuerteil weggelassen, da er mit dem gemäß Fig.5 übereinstimmt; die Eingangsspannung wird einer, eine Eingangsschaltung der Differenzverstärkerschaitung bildenden Spannungsteilerschaltung über Dioden D» und D₉ und eine Zenerdiode ZD₂ von dem Ausgangsanschluß der Dioden D\ bis A (in Fig.5 gezeigt) zugeführt Eine Veränderung dieser Eingangsspannung unter dem Einfluß einer Veränderung des magnetischen Flusses des Rotors, infolge einer Temperaturveränderung wird durch die Temperaturcharakteristik der Dioden kompensiert Außerdem sind Thermistoren 77fe und 7%4 parallel und Dioden Ao und Ai in Reihe mit den Widerständen Ra, bzw. Re geschaltet wodurch der Temperatureinfluß auf die Eingangsspannung kompensiert und eine Eingangsschaltung zur Kompensation des Temperatureinflusses auf die Differenzverstärkerschaitung gebildet wird.

Fig.7 ist ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Drehzahlregelschaltung, in dem die Teile mit demselben Aufbau und derselben Funktion wie jene in dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Es wird der Unterschied im Aufbau des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 7 zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 erläutert As und A4 sind Dioden, die mit den gemeinsamen Anschlüssen der Dioden, welche die Induktionsspannungen zusammensetzen, in Reihe geschaltet sind. Qr ist ein Transistor, dessen Basis mit dem Verbindungspunkt eines Widerstands R₆ und einer Diode A2 verbunden ist während die Reihenschaltung aus dem Widerstand Rs, einem Widerstand Ä9 und der Diode A2 parallel zur Zenerdiode ZD₃ liegt so daß ein vorgeschriebener Spannungspegel aufgeprägt werden kann. Der Kollektor des Transistors Q₇ ist mit den obengenannten Dioden A3 und A4 über den veränderbaren Widerstand VR₂ verbunden, so daß durch diesen veränderbaren Widerstand VR₂ stets ein vorgeschriebener Strom fließt Rr ist ein Widerstand, der zwischen der Basis des Transistors Qn der der Differenzverstärkerschaitung angehört und dem Minuspol der Stromversorgung liegt und einen hohen Widerstandswert besitzt Dieser Widerstand Rr dient der Kompensation der Spannungsänderung der genannten Zenerdiode ZD₃ durch den Spannungsabfall, der beim Stromfluß durch den Widerstand erzeugt wird, wenn die Spannung an beiden Enden der Zenerdiode ZD$ variiert Qu und Qm sind in Kaskade geschaltete Transistoren, wobei die Basis des Transistors Qi₃ mit dem Kollektor des der Differenzverstärkerschaitung angehörenden Transistors Qn verbunden ist so daß eine Ausgangsverstarkerschaltung der Differenzverstärkerschaitung gebildet wird. Die Kondensatoren Ci und Cs und der veränderbare Widerstand VR₃ bilden eine Dämpfungsschaltung, deren Eingang mit dem Kollektor des Transistors Qn der Differenzverstärkerschaitung und deren Ausgang mit dem Emitter des Transistors Qu verbunden ist; die Dämpfungsschaltung dient der Beseitigung einer Wechselstromkomponente infolge der in dem Ausgangssignal der Differenzverstärkerschaitung enthaltenen Welligkeit so daß die den Hallelementen H\ und H₂ zugeführte Spannung nicht unter dem Einfluß einer Welligkeit steht

Nachstehend wird die Arbeitsweise der Schaltung gemäß Fig.7 beschrieben. Dabei werden nur die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 erläutert da die Arbeitsweise der Schaltung gemäß

to F i g. 7 nahezu dieselbe ist wie die der Schaltung gemäß Fig.3. Wenn der Stromversorgungsschalter eingeschaltet wird, liegt an beiden Anschlüssen der Zenerdiode ZDi eine vorgeschriebene Spannung an, so daß eine vorgegebene Spannung der Basis der Transistoren Q? und Q-, ·, aufgeprägt wird. Hierdurch fließt ein Strom eines vorgegebenen Werts zum Transistor Qj, wobei der Spannungsabfall in dem veränderbaren Widerstand VR₂ unabhängig von der Induktionsspannu g stets konstant ist An dem gemein samen Anschluß der Dioden A bis D₄ entsteht ein Potential, dessen Höhe sich aus der Addition der Versorgungsspannung und der der Motordrehzahl entsprechenden Induktionsspannung ergibt Die Basis des Transistors Q10 erhält ein demgegenüber verschobe nes Potential, das innerhalb der Betriebsspannung der Differenzverstärkerschaitung gehalten wird und einen Wert besitzt der der Induktionsspannung exakt entspricht Wenn die Induktionsspannung größer ist als ein vorgeschriebener Wert d. h. wenn die Motordreh zahl höher ist als die Solldrehzahl, wird das Basispoten tial des Transistors Q10 höher als das Basispotential des Transistors Qn, so daß das Basispotential des Transistors Qi3 hoch wird und der zu den Hallelementen fließende Strom sinkt weshalb die Drehzahl des Motors wie bei der Schaltung gemäß F i g. 3 sinkt und so gesteuert wird, daß sie stets konstanten Sollwert beibehält Bei einer Reihe der obenerwähnten Steuerprozesse enthalt die Spannung des Kollektors des Transistors Qn eine Wechselstromkomponente infolge

der Welligkeit der Induktionsspannung; da die Welligkeitskomponente jedoch durch die Dämpfungsschaltung aus den Kondensatoren Cr und C₃ und dem veränderbaren Widerstand VRz aus der zum Ausgangsanschluß des Transistors Qh ausgegebenen Spannung herausgesiebt wird, wird den Hallelementen eine geglättete Spannung zugeführt so daß die Schaltung stabil arbeitet und Schwingungen verhindert werden. Die Dioden A3 und A4 dienen der Temperaturkompensation, und verhindern beispielsweise Fehler durch

so Änderung des magnetischen Flusses des Läufers infolge eines Temperatureinflusses. Eine solche Änderung würde andernfalls die Induktionsspannung variieren, so daß nicht die der richtigen Drehzahl entsprechende Eingangsspannung der Differenzverstärkerschaitung zugeführt würde.

F i g. 8 ist eine Modifikation des in F i g. 7 gezeigten Ausführungsbeispiels, wobei die Teile mit demselben Aufbau und derselben Betriebsfunktion wie jene des Beispiels gemäß Fig.7 mit denselben Bezugszeichen

bezeichnet sind; die Schaltung unterscheidet sich jedoch von der gemäß Fig.7 darin, daß die Dämpfungsschaltung zwischen dem Kollektor des Transistors Qi und dem Emitter des Transistors Qm angeschlossen ist Da die Funktion der Schaltung gemäß Fig.8 dieselbe ist

wie die der Schaltung gemäß Fig.7, kann auf eine weitere Erläuterung verzichtet werden.

Fig.9 ist ein Schaltbild einer weiteren Drehzahlregelschaltung mit erfindungsgemäßen Teilmerkmalen,

wobei die Teile mit demselben Aufbau und derselben Funktion wie jene im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 mit denselben Bezugszeichen versehen sind; die Schaltung unterscheidet sich darin, daß bei diesem Ausführungsbeispiel ein pnp-Transistor verwendet wird ; und in der Vergleichsschaltung ein Rechenverstärker OP benutzt wird. Nachstehend wird die Betriebsweise der Schaltung gemäß F i g. 9 erläutert

Wenn der Stromversorgungsschalter S W eingeschaltet wird, fließt ein Strom zu den Hallelementen H\ und Hi und ein Antriebsstrom zu den Feldwicklungen L\ bis U, indem irgendeiner der Transistoren Q₃ bis Qi in seinen Ein-Zustand gelangt so daß der Rotor seine Drehung beginnt Sobald sich aber der Rotor zu drehen beginnt wird eine Induktionsspannung erzeugt die der Drehzahl entspricht und von den Dioden D\ bis A in exakt derselben Weise zusammengesetzt wird, wie es bei den vorstehenden anderen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, wobei aber die im Punkt A erzeugte Spannung um die Induktionsspannung niedriger ist als das Minuspotential der Versorgungsspannung, da ein pnp-Transistor verwendet wird. Wenn die Drehzahl des Rotors höher als die Solldrehzahl ist ist die Spannung im Punkt A niedriger als dann, wenn der Rotor mit der Solldrehzahl rotiert Diese Spannung wird durch den Kondensator C\ geglättet so daß dem negativen Eingangsanschluß des Rechenverstärkers ein Potential zugeführt wird, das der Motordrehzahl entspricht Das heißt da das Potential im Punkt B durch die Zenerdiode ZD₃ stets auf einem vorgeschriebenen Pegel gehalten wird, werden dem negativen Eingangsanschluß des Rechenverstärkers die Induktionsspannung und die Teilspannung der Spannung im Punkt B zugeführt Wenn die Induktionsspannung groß ist wird eine niedrige Spannung zugeführt Da andererseits eine vorgeschriebene Spannung, die der Solldrehzahl entspricht und durch die Widerstände Rs und Rs einen Teil der Spannung an den beiden Anschlüssen der Zenerdiode ZD₃ darstellt stets dem positiven Eingangsanschluß des Rechenverstärkers OP zugeführt wird, wird an dem Ausgangsanschluß des Rechenverstärkers OF eine Spannung erzeugt, die die Differenz zwischen der Solldrehzahl und der Istdrehzahl darstellt Das heißt wenn die Drehzahl des Motors, d. h. die Istdrehzahl, höher ist als die Solldrehzahl, wird die Ausgangsspannung des Rechenverstärkers OP hoch, während der zu den Hallelementen H\ und H₂ fließende Strom abnimmt, was dazu führt, daß der zu den Feldwicklungen L\ bis Lt fließende Strom sinkt. Daher nimmt die Drehzahl des Motors ab und wird so gesteuert, daß sie den vorgeschriebenen Wert beibehält Kondensatoren Q und C₃ und der veränderbare Widerstand VR₃ bilden eine Dämpferschaltung, die die in der Induktionsspannung enthaltene Welligkeit beseitigt

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

■i Patentansprüche:

1. Drehzahlregelschaltung für einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit Hall-Elementen zum Abtasten eines Magnetflusses eines permanentmagnetisierten Rotors sowie mit zugeordneten Ankerwicklungen, die von einem steuerbaren Antriebsstrom durchflossen werden, mit einem Mehrphasen-Einweg-Gleichrichter, der mit den Ankerwicklungen verbunden ist und bei einer Drehung des Rotors in den nicht vom Antriebsstrom durchflosfenen Ankerwicklungen induzierte Spannungen auskoppelt und von diesen jeweils die größte nacheinander zu einer Ausgangsspannung einer der Ist-Drehzahl des Gleichstrommotors proportionalen Größe zusammensetzi, und mit einer Vergleicherschaliung, die diese Ausgangsspannung mit einer einer Soll-Drehzahl proportionalen Bezugsspannung vergleicht und ein Ausgangssigai erzeugt, mit Hilfe dessen die Eingangssignale der Hall-Elemente steuerbar sind, d a durch gekennzeichnet, daß als Vergleicherschaltung ein Differenzverstärker (Qio, Qn) dient, an dessen einem Eingang die Bezugsspannung anliegt, daß eine Pegelschiebeschaltung (Rs, Q₁, Q₈; VR₂, Qi, Du) vorhanden ist, die eine Konstantstromquelle (DZi, <?7, Qb; D,2, Qi) aufweist und mit ihrem einen Anschluß mit dem Ausgang des Mehrphasen-Einweg-Gleichrichters (A bis Da) sowie mit ihrem anderen Anschluß mit dem anderen Eingang des Differenzverstärkers (Qio, Qn) verbunden ist, daß eine Konstantspannungsquelle vorgesehen ist, die eine Reihenschaltung aus einer an den mit den Ankerwicklungen gemeinsamen Anschluß der Speisespannungsquelle angeschlossenen Zenerdiode (ZD3) und einen an den zweiten Anschluß der Speisespannungsquelle angeschlossenen Widerstand (Rio) sowie einen Widerstand (Ry) aufweist, der zwischen den einen Eingang des Differenzverstärkers und den zweiten Anschluß der Speisespannungsquelle geschaltet ist, und daß die Zenerdiode (ZD₃) als Spannungsquelle für den Differenzverstärker (Qio, Qw) dient, wobei die Bezugsspannung durch Widerstandsteilung der Zenerdiodenspannung gewonnen ist

2. Drehzahlregelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Motordrehzahl wenigstens einer der Eingangskreise des Differenzverstärkers (Qio, Qw) einen veränderbaren Widerstand Rs,R₅, VR₂, VR*) enthält.

3. Drehzahlregelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit den Eingangsanschlüssen des Differenzverstärkers (Qio, di) mittels Schaltern (Si, S₂) überbrückbare Halbleiterelemente (Ek, D₁) liegen, so daß die Motordrehzahl durch Änderung der überbrückten bzw. nicht überbrückten Halbleiterelemente einstellbar ist

4. Drehzahlregelschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Glättungskondensatoren (G, Cs) zwischen einem der Eingangsanschlüsse des Differenzverstärkers (CV Qu) und einem Pol der Stromversorgung oder zwischen den beiden Eingangsanschlüssen des Differenzverstärkers.

5. Drehzahlregelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Reihenschaltung mehrerer Dioden (Dg, A, ZDr, A3, A4) zwischen dem Mehrphasen-Einweg-Gleichrichter

(D, bis A>) und dem anderen Eingang des Differenzverstärkers (Qio, Qn) zur Kompensation einer Änderung des Eingangssignals aufgrund einer temperaturabhängigen Änderung des magnetischen Flusses des Rotors (F i g. 6,7,8).

6. Drehzahlregelschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß asm Ausgangsanschluß des Differenzverstärkers (Qio, Q11) eine Einrichtung (D) zur Erzielung eines Rechteckwellensignals vorgesehen ist, dessen Impulsbreite dem Ausgang des Differenzverstärkers entspricht, und daß das Tastverhältnis des Hall-Elementeneingangs zur Gewährleistung der vorgeschriebenen Drehzahl durch den Ausgang der Einrichtung (/^steuerbar ist (F i g. 4a, 4b).