DE3715939A1 - Schaltungsanordnung zum regeln der drehzahl eines motors - Google Patents
Schaltungsanordnung zum regeln der drehzahl eines motorsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsan
ordnung zum Regeln der Drehzahl eines Motors, ins
sondere eines bürstenlosen Motors.
In den letzten Jahren wurden die sogenannten
bürstenlosen Motoren eingeführt, die anstelle eines
mechanischen Kommutatormechanismus (Bürsten und
Kollektor) konventioneller Gleichstrommotoren elek
tronische Schalter mit Transistoren aufweisen, Mit
solchen Motoren werden Tonaufzeichnungs- und Wieder
gabegeräte sowie Bildaufzeichnungs- und Wiedergabe
geräte angetrieben, was zu einer höheren Lebens
dauer ohne Wartung, zu höherer Zuverlässigkeit und
zu kleineren Abmaßen führte. Auch wenn die in den
Wicklungen auftretende Gegen-EMK oder ein Wechsel
strom-Tachogenerator zwecks Drehzahlregelung in
einem solchen bürstenlosen Motor verwendet wurde,
so hat die Benutzung der Gegen-EMK im allgemeinen
Vorteile, wie einfacheren Aufbau, geringeren Aufwand
etc. So ist z. B. in dem Aufsatz "Grundlagen
und Anwendung von kleinen Präzisionsmotoren" von
Hiroshi Yamada (veröffentlicht durch Sogo Denshi
Shuppansha Co., Ltd., Japan, 1. 7. 1975) der Stand
der Technik der Regelschaltungen unter Ausnutzung
der Gegen-EMK auf Seite 234 beschrieben.
Nachfolgend soll ein Beispiel einer solchen konventio
nellen Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl
eines Motors beschrieben werden.
Fig. 5 zeigt das Schaltbild einer Schaltungsanord
nung zum Regeln der Drehzahl eines Motors, die
einen positiven und einen negativen Betriebsspannungs
anschluß 1 bzw. 2 aufweist. Ein Motor ist
durch die Wicklungen 3 bis 6 angedeutet. Die ersten
Anschlüsse der Wicklungen 3 bis 6 sind mit dem negativen
Betriebsspannungsanschluß 2 verbunden, während
die anderen Enden an die Kollektoren von Treiber
transistoren 7 bis 10 angeschlossen sind.
Gleichzeitig sind an die Kollektoren die Kathoden
von Dioden 11 bis 14 angeschlossen. Die Anodenseiten
der Dioden 11 bis 14 sind miteinander verbunden
und an die Emitter eines Transistors 15 angeschlossen.
Hall-Elemente 16 und 17 sind vorgesehen,
um die Positionen eines Permanentmagnetrotors
(nicht gezeigt) festzustellen. Ein Ausgangsanschluß
des Hall-Elementes 16 ist mit der Basis des Treiber
transistors 7 verbunden, während der andere Ausgangs
anschluß ein Ausgangssignal mit um 180° verschobener
Phase erzeugt und mit der Basis des Treibertransistors
8 verbunden ist. Die Emitter der Treibertransistoren
7 und 8 sind miteinander verbunden
und an den positiven Betriebsspannungsanschluß 1
angeschlossen, und zwar über einen gemeinsamen
Widerstand 18. Ein Ausgangsanschluß des Hall-
Elementes 17 ist mit der Basis des Treibertransistors
9 verbunden, während der andere Ausgangsanschluß
ein Ausgangssignal mit um 180° abweichender
Phase erzeugt und mit der Basis des Treibertransistors
10 verbunden ist. Die Emitter der Treibertransistoren
9 und 10 sind miteinander verbunden und
über einen Widerstand 19 mit dem positiven Betriebs
spannungsanschluß 1 verbunden. Die entsprechenden
Eingangsanschlüsse der Hall-Elemente 16 und 17
sind mit der positiven Betriebsspannung 1
verbunden, während die anderen Anschlüsse mit dem
Kollektor eines Transistors 22 über Widerstände 20
und 21 verbunden sind. Der Emitter des Transistors 22
ist mit dem negativen Betriebsspannungsanschluß 2
verbunden, während die Basis über einen Widerstand
26 mit positiver Betriebsspannung 1 verbunden
ist. Gleichzeitig ist die Basis des Transistors 22
an den Kollektor des Transistors 15 angeschlossen.
Eine Serienschaltung eines Kondensators 23, eines
Widerstandes 24 und eines Kondensators 25 ist
zwischen den Kollektor und der Basis des Transistors 22
geschaltet. Die Basis des Transistors 15
ist wiederum mit der positiven Betriebsspannung 1
über einen Widerstand 27 verbunden, und mit der
negativen Betriebsspannung 2 über die Serienschaltung
eines variablen Widerstandes 31 und eines Wider
standes 32. Außerdem ist die Basis des Transistors 15
über die Serienschaltung eines Widerstandes 28
und eines Widerstandes 29 mit dem Emitter verbunden,
wobei dem Widerstand 29 ein Thermistor 30
zwecks Temperaturkompensation parallelgeschaltet
ist. Außerdem ist zwischen der Basis und dem
Emitter des Transistors 15 ein Kondensator 33
geschaltet.
Nachfolgend soll die Arbeitsweise dieser Schaltungs
anordnung zum Regeln der Drehzahl eines Motors
beschrieben werden.
Der in Fig. 5 angewendete Motor ist ein bürsten
loser Motor mit Vier-Phasen-Erregung in einer Richtung,
wobei zwei Hall-Elemente 16 und 17 benutzt
und die Wicklungen 3 bis 6 entsprechend angesteuert
werden. Der durch die Hall-Elemente 16 und 17
mittels eines Permanentmagnetrotors sequentiell gesteuerte
Strom fließt durch die Wicklungen 3 bis 6, die um
90° gegeneinander versetzt angeordnet sind und
ein entsprechendes, rotierendes Magnetfeld erzeugen.
Der durch die Wicklungen 3 bis 6 fließende
Strom ist proportional dem durch die Hall-Elemente 16
und 17 fließenden Strom, und der in die Hall-Elemente
fließende Strom entspricht wiederum einem Wert,
der an den Drehzahlfehler proportional angepaßt
ist, um das Drehmoment zu regeln.
Die Treibertransistoren 7 bis 10 werden sequentiell
geschaltet. In dem Zeitraum, zu dem in den Wicklungen
3 bis 6 im Schalterbetrieb kein Strom
fließt, wird eine Gegen-EMK in diesen Wicklungen 3
bis 6 erzeugt, die durch die Dioden 11 bis 14
gleichgerichtet, geglättet und mit einer Referenz
spannung verglichen wird. In dem Transistor 22 wird
ein Strom erzeugt, der dem Drehzahlfehler proportional
ist und den in die Hall-Elemente 16 und 17
fließenden Strom steuert, wodurch wiederum die den
Treibertransistoren 3 bis 10 zugeführte Leistung
gesteuert wird, um die Drehzahl des Motors konstant
zu halten.
Da mittels der Dioden eine Gleichrichtung erfolgt,
um die Gegen-EMK bei einer solchen Schaltungsanordnung
zu messen, ändert sich die sequentielle Richtungs
spannung bei einem Wechsel der Temperatur, was
wiederum einen Einfluß auf die festgestellte Gegen-EMK
hat und die Drehzahl entsprechend verändert.
Aus diesem Grunde ist ein Thermistor 30 zwecks
Temperaturkompensation in der konventionellen Schaltungs
anordnung nach Fig. 5 erforderlich. Außerdem
ist es unmöglich, die Gegen-EMK festzustellen, wenn
diese niedriger ist als die sequentielle Richtungs
spannung der Dioden.
Außerdem sind die Widerstände 18 und 19 in Serie
mit den Emittern der Treibertransistoren 7 bis 10
geschaltet, so daß die den Wicklungen 3 bis 6 maximal
zugeführte Spannung durch den Spannungsabfall
an diesen Widerständen reduziert wird. Es besteht
insbesondere das Problem, daß das maximal regelbare
Drehmoment des Motors und das Anlaufmoment erniedrigt
werden. Bei einem Motor also, bei dem bezüglich
des Drehmomentes keine Isolierung in bezug
auf die Betriebsspannung zulässig ist, können die
Widerstände 18 und 19 nicht eingefügt werden. Aus
diesem Grunde ist es sehr schwierig, eine solche
ungleichmäßige Regelung und ein solches ungleichmäßiges
Drehmoment aufgrund der Charakteristik der
Treibertransistoren 7 bis 10 zu beherrschen. Außerdem
bedeuten die Widerstände 18 und 19 häufig einen
hohen Leistungsverbrauch, was nachteilig in Bezug
auf niedrige Preise und kleinen Platzbedarf ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine Schaltungsanordnung zum Regeln der
Drehzahl eines Motors vorzuschlagen, bei der die
Gegen-EMK mit besserer Genauigkeit gemessen werden
kann, auch wenn diese in den Wicklungen mit
niedriger Amplitude anfällt, oder auch dann, wenn
sich die Umgebungstemperatur ändert. Die solchen
gemessenen Spannungen entsprechenden Spannungen
werden in Drehzahlsignale umgewandelt. Insbesondere
soll eine Schaltungsanordnung vorgeschlagen werden,
in der der Emitterwiderstand der Treibertransistoren
entfallen kann, um eine Reduktion des Antriebsmomentes
bzw. eine ungleichmäßige Rotation und
ein ungleichmäßiges Drehmoment zu vermeiden,
und gleichzeitig der Aufwand und Platzbedarf
reduziert werden.
Zur Lösung dieser Probleme konventioneller Schaltungs
anordnungen wird gemäß der Erfindung eine
Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines
Motors vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch
mehrphasige Wicklungen des Motors, die mit einem
Ende an Betriebsspannung angeschlossen sind; eine
Mehrzahl von Treibertransistoren, die an die
anderen Enden der Wicklungen angeschlossen sind;
einen Positionsdetektor zum Erzeugen von Signalen,
die der Position eines Zeigers entsprechen; einen
Stromschaltkreis, der auf die Signale des Positions
detektors anspricht, um die Treibertransistoren
sequentiell in den erregten Zustand zu schalten; eine
Drehzahlmeßeinrichtung, die aus einer Mehrzahl von
Inverter-Verstärkern besteht, deren Negativ-Eingängen
die entsprechenden Anschlußspannungen der
Wicklungen zugeführt und deren Positiv-Eingängen
die Betriebsspannung zugeführt wird; Mittel zum Kombinieren
der Ausgangssignale der Inverter-Verstärker;
einen Fehlerverstärker zum Verstärken des
Fehlers zwischen der dem Kombinationssignal
entsprechenden Spannung, insbesondere dem Ausgangssignal
der Drehzahlmeßeinrichtung und der Referenzspannung;
ein Fehlersignal-Übertragungsmittel zum Übertragen
des Ausgangssignals des Fehlerverstärkers an
den Treibertransistor, welches Fehlersignal-Übertragungs
mittel einen Stromschaltkreis enthält; und ein
Mittel zum Kombinieren der Treiberausgangssignale,
um die Ausgangssignale der Treibertransistoren miteinander
zu kombinieren und auf den Eingang der
Fehlersignal-Übertragungsmittel zu schalten, so daß
das Ausgangssignal des Fehlersignal-Übertragungsmittels
dem Eingang des Treibertransistors zugeführt
wird, um die Speiseleistung des Treibertransistors
und damit die Motordrehzahl auf einen eingestellten
Wert zu steuern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die an die
Wicklungen jeder Phase auftretenden Spannungen
durch die Inverter-Verstärker in invertierte Signale
umgewandelt, wobei die Betriebsspannung als
Referenz dient. Die Ausgangssignale der entsprechenden
Inverter-Verstärker werden miteinander kombiniert,
um eine Kombinationsspannung zu erzeugen,
die den größten Absolutwert der Gegen-EMKs jeder
Phase einschließt, so daß damit eine der Kombinations
spannung entsprechende Spannung als Drehzahlsignal
zur Verfügung steht. Auf diese Weise kann
eine genaue Messung erfolgen.
Außerdem kann die dem Drehzahlfehlersignal entsprechende
Leistung den Wicklungen ohne Zwischenphasen-
Beeinflussungen zugeführt werden, und der
Emitter-Widerstand der Treibertransistoren ist überflüssig.
Auf diese Weise kann eine präzise Drehzahlregelung
durchgeführt werden, ohne daß das maximal
regelbare Drehmoment und das Anlaufmoment reduziert
werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten
Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die
Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 das Schaltbild einer Schaltungsanordnung
zum Regeln der Drehzahl eines Motors
gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Schaltbild für einen Inverter-
Verstärker für die Schaltungsanordnung nach
Fig. 1;
Fig. 3 und 4 Wellenformen, die an den
entsprechenden Punkten der Schaltungsanord
nung nach Fig. 1 auftreten; und
Fig. 5 das Schaltbild einer Schaltungsanordnung
zum Regeln der Drehzahl eines Motors in
konventioneller Bauart und wie bereits
vorstehend beschrieben.
In der nachstehenden Beschreibung sind gleiche
Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung für eine
Motorregelung zu sehen mit einem positiven Betriebsspannungs
anschluß 40 und Motorwicklungen 41, 42 und
43. Die ersten Anschlüsse der Wicklungen 41, 42 und
43 sind mit der Betriebsspannung 40 verbunden. Die
anderen Enden der Wicklungen sind mit den Kollektoren
von Treibertransistoren 44, 45 und 46 verbunden,
wobei diese Verbindungspunkte mit a, b und c
bezeichnet sind. Zwischen Masse und den Verbindungspunkten
a, b und c sind Kondensatoren 47, 48 und 49
geschaltet; außerdem ist ein Kondensator 50
zwischen der Betriebsspannung 40 und Masse
vorgesehen. Die Emitter der Treibertransistoren 44, 45
und 46 sind direkt und die Basen sind über Widerstände
51, 52 und 53 mit Masse verbunden. Positionsdetektoren
54, 55 und 56 bestehen im vorliegenden
Beispiel aus Hall-Elementen o. dgl., um die Position
eines Zeigers, wie z. B. eines Permanentmagnetrotors
(nicht gezeigt) festzustellen. Die Eingangsanschlüsse
der Hall-Elemente sind einander parallelgeschaltet
und zwischen einem Speiseanschluß 57 und Masse
angeschlossen, während die Ausgangsanschlüsse
mit einem Stromkreisschalter 58 verbunden sind,
dessen Ausgänge die Basen der Treibertransistoren
44, 45 und 46 ansteuern. Die Verbindungspunkte a, b und c
sind über Widerstände 59, 60 und 61 mit den
Negativ-Eingängen (Inversions-Eingängen) der Inverter-
Verstärker 62, 63 und 64 verbunden. Die Positiv-
Eingänge (Nicht-Inversions-Eingänge) der Inverter-
Verstärker 62, 63 und 64 sind über Widerstände 65,
66 und 67 mit der Betriebsspannungsleitung 40 verbunden,
während die Ausgänge miteinander verbunden
und über Widerstände 68, 69 und 70 an die Negativ-
Eingänge angeschlossen sind. Dieser gemeinsame
Verbindungspunkt der Ausgänge ist mit d bezeichnet,
und dieser Punkt ist über einen Spannungsteiler, bestehend
aus Widerständen 71 und 72 mit der Betriebs
spannungsleitung 40 verbunden. Der Spannungsabgriff
punkt wird mit e bezeichnet und ist durch einen Kondensator
73 zur Betriebsspannungsleitung 40 überbrückt.
Dieser Spannungsteilerpunkt e ist über einen
Widerstand 75 mit dem Negativ-Eingang eines
Fehlerverstärkers 74 gekoppelt, und der Ausgang
dieses Fehlerverstärkers 74 ist über eine Parallel
schaltung aus einem Widerstand 76 und einem
Kondensator 77 mit dem Negativ-Eingang verbunden.
Der Ausgang einer Referenzspannungsquelle 78 ist an
den Positiv-Eingang des Verstärkers 79 angeschlossen.
Der Ausgang des Verstärkers 79 ist mit der
Basis eines Transistors 81 verbunden, dessen
Kollektor an Masse angeschlossen ist. Der Emitter
des Transistors 81 ist über eine Konstantenstrom
quelle 80 mit der Betriebsspannung 40 verbunden und
gleichzeitig an der Basis eines Transistors 83 ange
schlossen. Der Emitter des Transistors 83 ist über
einen Widerstand 84 mit Masse verbunden sowie an
den Negativ-Eingang des Verstärkers 79 angeschlossen.
Der Kollektor des Transistors 83 ist über
einen Widerstand 82 mit Betriebsspannung 40
verbunden sowie an den Positiv-Eingang eines Ver
stärkers 85 angeschlossen. Der Ausgang des Verstärkers
85 ist mit dem Negativ-Eingang gekoppelt
und bildet eine Spannungs-Profilstufe. Der Ausgang
ist mit f bezeichnet und mit dem Positiv-Eingang
des Fehlerverstärkers 74 verbunden sowie über einen
Widerstand 89 mit dem Positiv-Eingang eines
Verstärkers 88 verbunden. Der Ausgang des Fehler
verstärkers 74 ist über einen Spannungsteiler aus den
Widerständen 87 und 86 mit Betriebsspannung 40 verbunden,
wobei der Spannungsteilerpunkt an den Negativ-Eingang
des Verstärkers 88 angeschlossen ist. Der
Ausgang des Verstärkers 88 ist mit dem Strom
schaltkreis 58 verbunden. Die Verbindungspunkte
a, b und c sind mit den ersten Anschlüssen von
Widerständen 90, 91 und 92 verbunden, während deren
andere Enden miteinander verbunden sind und an den
Positiv-Eingang des Verstärkers 88 angeschlossen
sind.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Schaltung der Inverter-
Verstärker 62, 63 und 64 der Fig. 1, wobei
diese zusammen mit den umgebenden Schaltungseinzelheiten
den Blöcken 101, 102 und 103 der Fig. 2 ent
sprechen, die durch gestrichelte Linien abgegrenzt
sind. Gleiche Teile in der Fig. 2 sind mit den
gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen.
Die Blöcke 101, 102 und 103 weisen den gleichen
Aufbau auf, so daß nachstehend nur Einzelheiten des
Blockes 101 beschrieben werden. Die Basis und der
Kollektor des Transistors 111 sind miteinander verbunden
und über die Konstantstromquelle 110 mit der
Betriebsspannung 40 verbunden sowie darüber hinaus
an die Basis des Transistors 112 angeschlossen. Die
Emitter der Transistoren 111 und 112 sind an Masse
angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 112
ist über den Widerstand 113 und den als Diode geschalteten
Transistor 114 mit Betriebsspannung 140 verbunden.
Der Verbindungspunkt zwischen der Motorwicklung 41
und dem Kollektor des Treibertransistors 44
ist mit der Basis des Transistors 121 über
den Widerstand 59 verbunden. Die Emitter der
Transistoren 121 und 122 sind miteinander verbunden
und die beiden Transistoren bilden einen Transistor-
Differenzverstärker. Der gemeinsame Emitteranschluß
ist mit dem Kollektor des Transistors 125 verbunden
während die Basis des Transistors 125 mit der
Basis des Transistors 111 verbunden ist und der
Emitter an Masse angeschlossen ist. Der Kollektor
des Transistors 121 ist über den Widerstand 123 mit
Betriebsspannung 40 verbunden und außerdem an den
Emitter des Transistors 116 angeschlossen. Der
Kollektor des Transistors 122 ist über den Widerstand
124 mit Betriebsspannung 40 verbunden und
gleichzeitig an den Emitter des Transistors 115
angeschlossen, wobei die Basis über den Widerstand 65
mit Betriebsspannung 40 verbunden ist. Die Basen
der Transistoren 115, 116 sind miteinander verbunden
und an den Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 113
und dem Kollektor des Transistors 112 angeschlossen.
Der Kollektor des Transistors 115 ist mit
der Basis des Transistors 117 verbunden, dessen
Emitter an Masse angeschlossen und mit dem Kollektor
des Transistors 119 verbunden ist. Der Kollektor
des Transistors 117, d. h. der Ausgang des
Blockes 101, ist über den Widerstand 68 mit der
Basis des Transistors 121 verbunden, und die Ausgänge
der Blöcke 101, 102 und 103 sind gemeinsam an
den Anschluß d angeschlossen. Ein Kondensator 118
zur Phasenkorrektur ist zwischen den Kollektor und
die Basis des Transistors 117 geschaltet. Der
Kollektor des Transistors 116 ist mit einem Verbindungs
punkt verbunden, an den der Kollektor und die
Basis des Transistors 120 und die Basis des Transistors
119 angeschlossen sind. Außerdem sind die
Emitter der Transistoren 119 und 120 an Masse
angeschlossen.
Nachfolgend soll die Funktion der Schaltungsanordnung
nach den Fig. 1 und 2 in Verbindung mit den
Wellenzügen nach den Fig. 3 und 4 beschrieben werden.
Fig. 3 zeigt die Wellenformen an den entsprechenden
Punkten der Fig. 1, und zwar sind die
Wellenformen Va, Vb und Vc die Spannungen an den
Punkten a, b und c, während die Impulsformen V B 44,
V B 45 und V B 46 die Basisspannungen der Treibertransistoren
44, 45 und 46 sind. Das Bezugszeichen Vd
bezieht sich auf ein Kombinationssignal, das am
gemeinsamen Ausgangspunkt d der Inverter-Verstärker
62, 63, und 64 auftritt.
Zunächst wird die Position eines NS-magnetisierten
Permanentmagnetrotors durch die Positionsdetektoren
54, 55 und 56 festgestellt, und dieses Positions
detektorsignal wird in dem Stromschaltkreis 58
derart verarbeitet, daß die Einschaltsignale sequentiell
für eine 120°-Einschaltperiode umgeschaltet
werden, der eine 240°-Ausschaltperiode folgt.
Die elektrischen Winkel sind für die Signale V B 44,
V B 45, V B 46 in Fig. 3 gezeigt und werden den Basen
der Treibertransistoren 44, 45 und 46 zugeleitet.
Die Wicklungen werden sequentiell erregt entsprechend
dem Schaltsignal, um den Motor in Drehung zu
versetzen. Die sinusförmigen Gegen-EMK-Spannungen
mit der Betriebsspannung 40 als Nullinie
werden durch die Wicklungen 41, 42 und 43 während
der Drehung erzeugt. In Fig. 3 zeigen Va, Vb und Vc
diesen Zustand, wobei der gestrichelte Teil die Einschalt
periode und die übrigen Teile die Ausschaltzeit
sind, während der die Gegen-EMK-Spannungen erzeugt
werden. Die Gegen-EMK-Spannungen Va, Vb und Vc
weisen zueinander eine Phasendifferenz von 120° auf.
Da die Verarbeitung dieser drei Signale die gleiche
ist, wird nachfolgend nur die Verarbeitung
des Signals Va im Detail beschrieben.
Die Gegen-EMK-Spannung Va wird dem Negativ-Eingang
des Inverter-Verstärkers 62 zugeleitet. Wie aus dem
Beispiel des Inverter-Verstärkers 62 aus Fig. 2
hervorgeht, gelangt die Spannung Va über den Widerstand
59 an die Basis des Transistors 121 des Differenz
verstärkerpaares. Die Spannung der Betriebsspannungs
leitung 40 gelangt an die Basis des anderen
Transistors 122 des Differenztransistorpaares. Hat
die Spannung an der Betriebsspannungsleitung 40 den
Wert von Vcc, so erhöht sich der Kollektorstrom des
Transistors 121, wenn Va höher als Vcc wird.
Hierdurch wird der Kollektorstrom des Transistors 122
erniedrigt, so daß der Spannungsabfall am Widerstand
123 größer als der Spannungsabfall am Widerstand
124 wird. Da die Spannung an dem gemeinsamen
Basispunkt der Transistoren 115 und 116 auf einen
Wert konstant gehalten wird, der der Gesamtspannung
der sequentiellen Richtungsspannung des als Diode
geschalteten Transistors 114 und dem Spannungsabfall
an dem Widerstand 113 (durch den der Konstant
strom fließt) entspricht, wird die Spannung
zwischen dem Emitter und der Basis des Transistors 115
größer als die des Transistors 116, so daß der
Kollektorstrom des Transistors 115 ansteigt und den
Kollektorstrom des Transistors 116 erniedrigt.
Außerdem sind die Kollektorströme der eine Strom
spiegelschaltung bildenden Transistoren 119 und 120
gleich. Somit steigt der Basisstrom des Ausgangstransistors
117 an, die Spannung zwischen dem Kollektor
und dem Emitter erniedrigt sich und reduziert
die Ausgangsspannung. Sobald Va kleiner als
Vcc wird, steigt außerdem die Ausgangsspannung der
Schaltung in umgekehrter Weise zu der vorstehenden
Beschreibung an. Die Verbindung zur Basis des Transistors 121
über den Kollektor-Rückkopplungswiderstand 68
bewirkt, daß die Verstärkung des Verstärkers
durch das Widerstandsverhältnis des Widerstandes
59 und des Widerstandes 68 bestimmt wird.
Wird nun angenommen, daß die beiden Widerstandswerte
gleich sind, so erhält der Kollektor des Ausgangs
transistors 117 dieses Signal, d. h. das Aus
gangssignal des Blockes 101, wobei die Gegen-EMK-
Spannung Va als Eingangssignal sich umkehrt mit dem
Spannungspegel Vcc der Betriebsspannung 40 als
Referenz wird. Auf ähnliche Weise werden die Gegen-EMK-
Spannungen Vb und Vc durch die Blöcke 102 und
103 in invertierte Signale umgewandelt, wobei Vcc
als invertierter Referenzwert dient. Da die Kollektoren
der entsprechenden Ausgänge der Transistoren
der Blöcke 101, 102 und 103 miteinander verbunden
und an den Anschluß d angeschlossen sind, hat die
niedrigste der Kollektorspannungen der drei Ausgangs
transistoren Priorität am Anschluß d, und das
kombinierte Signal erhält eine Welligkeit entsprechend
der Größe der Gegen-EMK-Spannung bei 120° für
jede Periode des elektrischen Winkels für Vd
der Fig. 3. Das Signal wird also zu dem Signal mit
dem niedrigeren Spannungspegel mit Vcc als Referenz,
wenn die Drehzahl des Motors höher wird und
die Gegen-EMK in jeder der Wicklungen ansteigt.
Fällt andererseits die Drehzahl ab, so steigt der
Signalpegel an. Wie aus der vorstehenden Beschreibung
hervorgeht, sind die Ausgangssignale der Inverter-
Verstärker 62, 63 und 64 so zusammengesetzt,
daß die Gegen-EMK-Spannungen der entsprechenden Aus
schaltperioden der Motorwicklungen 41, 42 und 43 zusammen
in drei Phasenabschnitten festgestellt werden
können. Die Genauigkeit der Spannungsmessung
ist wesentlich besser, so lange der Ausgangstransistor
der Inverter-Verstärker 62, 63 und 64 sich
nicht im gesättigten Zustand befindet.
Das Kombinationssignal Vd der drei Phasen der Gegen-
EMK-Spannung nach Fig. 3 wird in der Spannung geteilt
und durch die Widerstände 71 und 72 sowie den
Kondensator 73 (Fig. 1) geglättet und anschließend
in eine Gleichspannung umgewandelt, d. h. in die
Drehzahlspannung. Andererseits wird die Ausgangsspannung
V REF der Referenzspannungsquelle 78 durch
eine Referenzspannungs-Wandlerschaltung 93 in eine
auf Vcc bezogene Spannung umgewandelt. Diese Referenz
spannungs-Wandlerschaltung 93 soll nun nachfolgend
beschrieben werden. Die Ausgangsspannung der
Referenzspannungsquelle 78 wird dem Positiv-Eingang
des Verstärkers 79 zugeführt, und gleichzeitig wird
die am Widerstand 84 liegende Spannung dem Negativ-
Eingang zugeleitet. Wird angenommen, daß die Verstärkungs
faktoren des Verstärkers 79 und der Transistoren
81 und 83 extrem hoch sind, so erhalten
die Eingänge des Verstärkers 79 außerordentlich
kurze Werte, so daß die am Widerstand 84 abfallende
Spannung gleich V REF wird. Ist der Wert des Widerstandes
84 gleich dem des Widerstandes 82, so wird
die am Widerstand 82 abfallende Spannung ebenfalls
V REF . Die Referenzspannung V REF mit Vcc als Referenz
kann mittels der Spannungsfolgestufe 85 am
Verbindungspunkt f erzeugt werden. Die Drehzahlspannung
und die Referenzspannung mit Vcc als Referenz
werden mittels des Fehlerverstärkers 74 miteinander
verglichen, und der Fehler wird verstärkt und dem
Stromschaltkreis 58 über den Verstärker 88 als
Pufferstufe zugeleitet. Der Stromschaltkreis 58
steuert das Einschalten und das Ausschalten der
Treibertransistoren 44, 45 und 46 entsprechend den
Signalen der Positionsdetektoren 54, 55 und 56, um
ein Signal in Übereinstimmung mit der Größe des vom
Verstärker 88 kommenden Signals an die Basen der
Treibertransistoren 44, 45 und 46 zu liefern, so
daß die Drehzahl des Motors durch Steuerung dieser
Zuführgröße geregelt wird.
Die Spannung Vd am Punkt d der Fig. 1 ändert sich
in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl. Die Spannung
Vd wird geteilt und geglättet durch die Widerstände
71 und 72 sowie den Kondensator 73 und in
eine Gleichspannung umgewandelt, d. h. in eine Drehzahl
spannung Ve. Andererseits wird die Ausgangsspannung
V REF der Referenzspannungsquelle 78 in eine
Spannung Vf mit Vcc als Referenz umgewandelt
mittels der Referenzspannungs-Wandlerschaltung 93.
Der Fehlerverstärker 74 verstärkt den Fehler
zwischen der Drehzahlspannung Ve und der Referenz
spannung Vf und gibt eine Fehlerspannung Vg aus.
Diese Verhältnisse sind in Fig. 4 im einzelnen gezeigt.
Die Fehlerspannung Vg wird in den Stromschaltkreis
58 mittels des Verstärkers 88 als Puffer
eingegeben. Der Stromschaltkreis 58 steuert
die Einschaltzeit und die Ausschaltzeit der Treiber
transistoren 44, 45 und 46 entsprechend den Signalen
die von den Positionsdetektoren 54, 55 und 56
kommen, so daß die Signale in Übereinstimmung
mit der Größe des Signals vom Verstärker 88 angepaßt
werden, um die Basen der Treibertransistoren
44, 45 und 46 anzusteuern. Außerdem bilden die
Kollektorausgänge der Treibertransistoren 44, 45 und 46
eine Gegenkopplungsschleife über die Widerstände
90,91 und 92 zu den Eingängen des Verstärkers 88.
Dementsprechend kann die Leistungsabgabe an die
Wicklungen entsprechend der Fehlerspannung Vg
ohne gegenseitige Phasenstörungen gesteuert werden.
Wird in bezug auf Fig. 1 angenommen, daß die
Werte der Widerstände 86, 87, 89 bis 92 mit R 86,
R 87, R 89 bis R 92 bezeichnet werden, so werden
ersatzweise Kurzschlüsse zwischen beiden Eingängen
des Verstärkers 88 dargestellt und die Eingangs
spannung ist gleich groß V 1
Werden in der vorstehenden Gleichung die folgenden
Bedinungen angenommen:
so ist
Hierin sind Va, Vb und Vc Sinuswellen mit einer
Phasendifferenz von 120° und einer Amplitude im
Bereich von Vcc nach Fig. 3. Jeder derkombinierten
Wellenformen ist wie folgt, wobei Za die interne
Impedanz der Wicklung Ia der darin fließende
Strom sind.
Va + Vb + Vc = 3Vcc - IaZa (5)
Aus den Gleichungen (4) und (5) ergibt sich
Aus den Gleichungen (3) und (6) ergibt sich
Wie aus der Gleichung (8) hervorgeht, ist der in
die Wicklung fließende Erregerstrom Ia proportional
zur Differenz zwischen der Fehlerspannung Vg und
der Referenzspannung Vf. Dementsprechend wird der
Erregerstrom Ia in Übereinstimmung mit der Fehler
spannung Vg geregelt, und zwar unabhängig von Beeinflussungen
durch die Treibertransistoren 44, 45 und 46.
Dieser Zustand ist durch Ia der Fig. 4
angedeutet.
In Fig. 4 ist der gestrichelte Teil des Stromes Ia
der Strom in negativer Richtung. Im tatsächlichen
Betrieb fließt der Strom im Treibertransistor nur
vom Kollektor zum Emitter. Dementsprechend wird der
Strom zwischen den Transistoren also gleich Null.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die
Gegenkopplungsschleife zum Eingang des Verstärkers
88 über die Widerstände 90, 91 und 92 gebildet, und
zwar vom Kollektorausgang der Treibertransistoren
44, 45 und 46, so daß der Strom entsprechend der
Fehlerspannung Vg aufgebracht werden kann, ohne
gegenseitige Zwischenphasenstörungen in den Wicklungen
41, 42 und 43, und ohne Reduzierung des
maximal regelbaren Drehmomentes des Motors und des
Anlaufmomentes. Es ergibt sich somit eine wesentlich
bessere Regelcharakteristik.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht,
wird gemäß der Schaltungsanordnung nach der vor
liegenden Erfindung eine Mehrzahl von Inverter-Verstärkern
verwendet, in denen die entsprechenden Anschluß
spannungen der Motorwicklungen entsprechenden
Negativ-Eingängen zugeführt werden. Die Betriebs
spannung wird den entsprechenden Positiv-Eingängen
zugeführt, und es sind Mittel vorgesehen, um die
Ausgangssignale der Mehrzahl von Inverter-Verstärkern
miteinander zu kombinieren. Da die Leistungszu
führgröße der Treibertransistoren durch Verstärkung
eines Fehlers gesteuert wird, der aus einer dem
Kombinationssignal entsprechenden Spannung und der
Referenzspannung abgeleitet wird und dieser Fehler
den Eingängen der Treibertransistoren zugeführt
wird, kann die Gegen-EMK in den Wicklungen mit
großer Genauigkeit gemessen werden, es sei denn,
daß der Ausgangstransistor des Inverter-Verstärkers
in den gesättigten Zustand gelangt.
Außerdem wird für die Messung der Gegen-EMK keine
Gleichrichterdiode benötigt, so daß die Gegen-EMK
auch dann gemessen werden kann, wenn sie verhältnis
mäßig gering ist. Gleichzeitig wird die Empfindlichkeit
der gemessenen Spannung von der Umgebungstemperatur
eliminiert. Auf diese Weise kann eine
ausgezeichnete Schaltungsanordnung zum Regeln der
Drehzahl eines Motors geschaffen werden.
Außerdem wird ein Fehlersignal-Übertragungsmittel
geschaffen mit einem Treiberausgangs-Kombiniermittel
zum Kombinieren jedes Ausgangssignals der
Treibertransistoren, und es sind Gegenkopplungs
schleifen zwischen jedem Ausgang eines Treibertransistors
und dem Eingang des Fehlersignal-Übertragungs
mittels durch die Treiberausgangs-Kombinier
mittel vorhanden, so daß das Regelverhalten, das
maximal steuerbare Drehmoment des Motors und das
Anlaufmoment verbessert werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung als Beispiel unter
Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben
wurde, ist es klar, daß verschiedene Änderungen und
Modifikationen für den Fachmann möglich sind.
Solche Modifikationen und Änderungen sollen durch
den Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung selbst
verständlich eingeschlossen sein.
Claims (6)
1. Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl
eines Motors, mit einer Mehrzahl von Motorphasen-
Wicklungen, die mit einem Ende an Betriebsspannung
angeschlossen sind;
mit einer Mehrzahl von Treibertransistoren, die an die anderen Enden der Wicklungen angeschlossen sind;
mit einem Positionsdetektor zum Erzeugen von Signalen, die der Position eines Zeigers entsprechen; und
mit einem Stromschaltkreis, der auf die Signale des Positionsdetektors anspricht, um die Treibertran sistoren sequentiell in den erregten Zustand zu schalten,
gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Inverter- Verstärkern, deren Negativ-Eingängen die entsprechenden Anschlußspannungen der Wicklungen zugeführt werden und deren Positiv-Eingängen die Betriebs spannung zugeführt wird; und
Mittel zum Kombinieren der Ausgangssignale der Inverter-Verstärker, um den Fehler zwischen der dem Kombinationssignal entsprechenden Spannung und einer Referenzspannung zu verstärken und den Eingang des Treibertransistors derart anzusteuern, daß der Speisestrom des Treibertransistors gesteuert und die Drehzahl des Motors auf einen konstanten Wert geregelt wird.
mit einer Mehrzahl von Treibertransistoren, die an die anderen Enden der Wicklungen angeschlossen sind;
mit einem Positionsdetektor zum Erzeugen von Signalen, die der Position eines Zeigers entsprechen; und
mit einem Stromschaltkreis, der auf die Signale des Positionsdetektors anspricht, um die Treibertran sistoren sequentiell in den erregten Zustand zu schalten,
gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Inverter- Verstärkern, deren Negativ-Eingängen die entsprechenden Anschlußspannungen der Wicklungen zugeführt werden und deren Positiv-Eingängen die Betriebs spannung zugeführt wird; und
Mittel zum Kombinieren der Ausgangssignale der Inverter-Verstärker, um den Fehler zwischen der dem Kombinationssignal entsprechenden Spannung und einer Referenzspannung zu verstärken und den Eingang des Treibertransistors derart anzusteuern, daß der Speisestrom des Treibertransistors gesteuert und die Drehzahl des Motors auf einen konstanten Wert geregelt wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Inverter- Verstärker mit seinem Negativ-Eingang über einen ersten Widerstand mit dem Verbindungspunkt zwischen der Motorwicklung und dem Treibertransistor verbunden ist und mit seinem Positiv-Eingang an der Betriebsspannung angeschlossen ist;
daß der Ausgang über einen zweiten Widerstand mit dem Negativ-Eingang verbunden ist und daß die Mittel zum Kombinieren der Ausgangssignale der Inverter-Verstärker gemeinsam an die Ausgänge angeschlossen und über einen dritten Widerstand mit der Betriebsspannung verbunden sind.
dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Inverter- Verstärker mit seinem Negativ-Eingang über einen ersten Widerstand mit dem Verbindungspunkt zwischen der Motorwicklung und dem Treibertransistor verbunden ist und mit seinem Positiv-Eingang an der Betriebsspannung angeschlossen ist;
daß der Ausgang über einen zweiten Widerstand mit dem Negativ-Eingang verbunden ist und daß die Mittel zum Kombinieren der Ausgangssignale der Inverter-Verstärker gemeinsam an die Ausgänge angeschlossen und über einen dritten Widerstand mit der Betriebsspannung verbunden sind.
3. Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl
eines Motors, mit einer Mehrzahl von Motorphasen-
Wicklungen, die mit einem Ende an Betriebsspannung
angeschlosen sind;
mit einer Mehrzahl von Treibertransistoren, die an die anderen Enden der Wicklungen angeschlossen sind;
mit einem Positionsdetektor zum Erzeugen von Signalen, die der Position eines Zeigers entsprechen; und
mit einem Stromschaltkreis, der auf die Signale des Positionsdetektors anspricht, um die Treibertran sistoren sequentiell in den erregten Zustand zu schalten,
gekennzeichnet durch einen Drehzahldetektor zum Erzeugen von Signalen, die der Drehzahl des Motors entsprechen;
einen Fehlerverstärker zum Verstärken des Fehlers zwischen der dem Ausgangssignal des Drehzahldetektors entsprechenden Spannung und einer Referenz spannung;
ein Fehlersignal-Übertragungsmittel zum Übertragen des Ausgangssignals des Fehlerverstärkers an den Treibertransistor, welches ein Mittel zum Kombinieren der Ausgangssignale der Treibertransistoren enthält, das mit seinem Ausgang an den Eingang des Fehlersignal-Übertragungsmittels angeschlossen ist.
mit einer Mehrzahl von Treibertransistoren, die an die anderen Enden der Wicklungen angeschlossen sind;
mit einem Positionsdetektor zum Erzeugen von Signalen, die der Position eines Zeigers entsprechen; und
mit einem Stromschaltkreis, der auf die Signale des Positionsdetektors anspricht, um die Treibertran sistoren sequentiell in den erregten Zustand zu schalten,
gekennzeichnet durch einen Drehzahldetektor zum Erzeugen von Signalen, die der Drehzahl des Motors entsprechen;
einen Fehlerverstärker zum Verstärken des Fehlers zwischen der dem Ausgangssignal des Drehzahldetektors entsprechenden Spannung und einer Referenz spannung;
ein Fehlersignal-Übertragungsmittel zum Übertragen des Ausgangssignals des Fehlerverstärkers an den Treibertransistor, welches ein Mittel zum Kombinieren der Ausgangssignale der Treibertransistoren enthält, das mit seinem Ausgang an den Eingang des Fehlersignal-Übertragungsmittels angeschlossen ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Kombinieren
der Treiber-Ausgangssignale aus einer Mehrzahl
von Widerständen bestehen, die mit ihrem einen
Ende an dem Ausgang der Treibertransistoren ange
schlossen sind und mit ihrem anderen Ende gemeinsam
die Ausgänge der Mittel zum Kombinieren bilden, und
daß die Fehlersignal-Übertragungsmittel aus einem
Verstärker zur Ausgabe der Signale bestehen, die
den Eingängen der Treibertransistoren und den
Mitteln zum Kombinieren zugeleitet werden.
5. Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl
eines Motors, mit einem Drehzahldetektor;
mit einer Mehrzahl von Motorphasen-Wicklungen, die mit einem Ende an Betriebsspannung angeschlossen sind;
mit einer Mehrzahl von Treibertransistoren, die an die anderen Enden der Wicklungen angeschlossen sind; und
mit einem Stromkreis, der die Treibertransistoren sequentiell in den erregten Zustand schaltet;
gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Inverter-Verstärkern, deren Negativ-Eingängen die entsprechenden Anschlußspannungen und Wicklungen zugeführt werden und deren Positiv-Eingängen die Spannung der Betriebsspannung zugeführt wird; und
Mittel zum Kombinieren der Ausgangssignale der Inverter-Verstärker, um kombinierte Detektor- Ausgangssignale zu erzeugen.
mit einer Mehrzahl von Motorphasen-Wicklungen, die mit einem Ende an Betriebsspannung angeschlossen sind;
mit einer Mehrzahl von Treibertransistoren, die an die anderen Enden der Wicklungen angeschlossen sind; und
mit einem Stromkreis, der die Treibertransistoren sequentiell in den erregten Zustand schaltet;
gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Inverter-Verstärkern, deren Negativ-Eingängen die entsprechenden Anschlußspannungen und Wicklungen zugeführt werden und deren Positiv-Eingängen die Spannung der Betriebsspannung zugeführt wird; und
Mittel zum Kombinieren der Ausgangssignale der Inverter-Verstärker, um kombinierte Detektor- Ausgangssignale zu erzeugen.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Inverter-Verstärker
mit ihren Negativ-Eingängen über einen ersten
Widerstand mit dem Verbindungspunkt zwischen den
Motorwicklungen und den Treibertransistoren verbunden
ist und mit ihren Positiv-Eingängen an Betriebsspannung
angeschlossen sind; daß der Ausgang über einen
zweiten Widerstand mit dem Negativ-Eingang verbunden
ist und daß die Mittel zum Kombinieren der
Ausgangssignale der Inverter-Verstärker gemeinsam an
die Ausgänge angeschlossen und über einen dritten
Widerstand mit Betriebsspannung verbunden sind, um
ein Detektorsignal zu erzeugen, das dem Signal an
dem gemeinsamen Verbindungspunkt entspricht.
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