DE3879500T2

DE3879500T2 - Vorrichtung zur benutzung einer wechselspannungsversorgung, um einen gleichstrommotor in zwei richtungen anzutreiben.

Info

Publication number: DE3879500T2
Application number: DE88908621T
Authority: DE
Inventors: Robert Heiler
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1987-09-18
Filing date: 1988-09-09
Publication date: 1993-09-30
Anticipated expiration: 2008-09-10
Also published as: EP0378577A1; US4739229A; JPH03500360A; DE3879500D1; WO1989002672A1; EP0378577B1

Description

Diese Erfindung behandelt die Motorsteuerung im allgemeinen und insbesondere eine Vorrichtung zur Verwendung eines Wechselstromanschlusses, um einen Gleichstrommotor vor- und rückwärts anzutreiben.
Bei vielen wechselstrombetriebenen Einrichtungen ist es wünschenswert, die Rotation eines Gleichstrommotors in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung zu steuern. Ein Beispiel hierfür ist ein in der Photographie verwendeter Diaprojektor, in dem ein Gleichstrommotor zur Fokussierung einer Projektionslinse verwendet wird. In einem derartigen Projektor muß der Gleichstrommotor in beiden Richtungen rotieren können, um die Projektionslinse korrekt zu fokussieren.
Fig. 1 ist die Darstellung einer bekannten Schaltung 10 zur Verwendung eines Wechselstromanschlusses 12 zur Steuerung der Rotation eines Gleichstrommotors 14 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung. Der Motor 14 umfaßt beispielsweise einen herkömmlichen Gleichstrommotor mit Permanentmagnet, der in Abhängigkeit von der Polarität des dort eingespeisten Stroms in einer der beiden Richtungen rotieren kann. Die Schaltung 10 wird beispielsweise in einem in der Photographie benutzten Diaprojektor (nicht dargestellt) verwendet, um eine (nicht dargestellte) Projektionslinse in Abhängigkeit von einer durch einen menschlichen Betrachter (ebenfalls nicht dargestellt) betätigten Infrarot-Sendeeinrichtung 16 zu fokussieren. Die von der Sendeeinrichtung 16 ausgegebenen codierten Infrarot-Informationen 18 werden von einer Infrarot-Empfangseinrichtung 20 empfangen und decodiert.
Die Infrarot-Sendeeinrichtung 16 und Empfangseinrichtung 20 umfassen Standardbauteile, wobei beispielsweise die Empfangseinrichtung einen IR-Sensor 22, einen Vorverstärker 24, einen Decoder 26 und eine Schnittstellenlogik 28 enthält, die im allgemeinen hintereinander geschaltet sind. Die Logikschaltung 28 umfaßt typischerweise eine CMOS-Logik, in der eine logisch niedrige Spannung üblicherweise im Bereich um 0 Volt und eine logisch hohe Spannung üblicherweise im Bereich von etwa 5-15 Volt vorliegt. Die Logik 28 könnte jedoch eine beliebige Bauart einer bistabilen positiven Logik umfassen. Der Ausgang der Empfangseinrichtung 20 wird verwendet, um eine Motorsteuerschaltung 30 und damit die Richtung und den Betrag der Rotation des Motors 14 zu steuern.
Weiterhin ist in Fig. 1 dargestellt, daß die Stromversorgung 12 eine Wechselstromquelle 32 umfaßt, zum Beispiel eine 120- Volt-Netzspannung, wie sie üblicherweise in den USA verwendet wird. Die Wechselstromquelle 32 ist über eine Primärwicklung 34A eines Transformators 34 angeschlossen. Eine Sekundärwicklung 34B des Transformators 34 ist zwischen einem ersten Anschluß 36 des Motors 14 und einer gemeinsamen Masseverbindung 38 angeschlossen.
Die Schaltung 30 enthält eine erste, optisch gekoppelte Thyristor-(SCR-)Schaltung 40 mit einem SCR 41, dessen Kathode mit einem zweiten Anschluß des Motors 14 verbunden ist und dessen Anode mit der gemeinsamen Masseverbindung 38 verbunden ist. Eine Leuchtdiode (LED) 43 ist so angeordnet, daß sie mit dem SCR 41 optisch gekoppelt ist, um den SCR wahlweise zu aktivieren; und sie ist zwischen einem Ausgang A der Empfangseinrichtung 20 und einer gemeinsamen Masseverbindung 38 angeschlossen. Ein Widerstand R&sub1; ist mit der Anode der LED 43 in Reihe geschaltet, um den dort durchfließenden Strom zu begrenzen; und ein Widerstand R&sub2; ist zwischen der Kathode und dem Gate des SCR 41 angeschlossen, um die Empfindlichkeit des Gates zu steuern.
Eine zweite optisch gekoppelte Thyristor-Schaltung 44 enthält einen zweiten SCR 45, der mit umgekehrter Polarität zwischen dem Motoranschluß 42 und der gemeinsamen Masseverbindung 38 angeschlossen ist. Eine zweite LED 46 ist so angeordnet, daß sie optisch mit dem SCR 44 gekoppelt wird; und sie ist zwischen einem Ausgang B der Empfangseinrichtung 20 und der gemeinsamen Masseverbindung 38 angeschlossen. Ein Widerstand R&sub3; ist mit der Anode der LED 46 in Reihe geschaltet, um den dort durchfließenden Strom zu begrenzen; und ein Widerstand R&sub4; ist zwischen dem Gate und der Kathode des SCR 45 angeschlossen, um die Auslöseempfindlichkeit des SCR zu regeln.
Beim Betrieb wird in Abhängigkeit von vorwählbaren Codes, die von der Sendeeinrichtung 16 ausgegeben werden, wahlweise der Ausgang A oder B der Empfangseinrichtung 20 auf einen logisch hohen Pegel gesetzt, wodurch die Rotation des Motors 14 in eine der beiden Richtungen ermöglicht wird. Untersucht man diesen Vorgang im einzelnen, wird, falls der Ausgang A auf einen logisch hohen Pegel gesetzt ist, ein Stromverlauf über den Widerstand R&sub1; und die LED 43 zur gemeinsamen Masseverbindung 38 aufgebaut, wodurch die LED eingeschaltet und der Thyristor 41 aktiviert wird. Negative Wechselstromimpulse, die an der Sekundärwicklung 34B des Transformators 34 anstehen, werden dann über den Thyristor 41 geführt und bewirken den Antrieb des Motors 14 zu einer Rotation in einer ersten Richtung. Da der Thyristor 45 nicht aktiviert ist, sind die positiven Wechselstromimpulse gesperrt.
Wird der Ausgang A auf einem logisch niedrigen Pegel gehalten und der Ausgang B auf einen logisch hohen Pegel gesetzt, fließt Strom über den Widerstand R&sub3; und die LED 46, wodurch die LED eingeschaltet und der Thyristor 45 aktiviert wird. In dieser Betriebsart werden die an der Sekundärwicklung 34B des Transformators 34 entstandenen positiven Wechselstromimpulse über den Thyristor 45 geleitet, und die negativen Impulse werden vom Thyristor 41 gesperrt. Liegen diese Bedingungen vor, wird der Motor 14 so angetrieben, daß er in der entgegengesetzten Richtung rotiert. Der Motor 14 wird damit unter Verwendung des vom Wechselstromanschluß 12 gelieferten Stroms in Vorwärts- beziehungsweise Rückwärtsrichtung gesteuert. Natürlich ist es nicht wünschenswert, beide Ausgänge A und B gleichzeitig auf einen logisch hohen Pegel zu setzen, und die Betriebsweise der Sendeeinrichtung 16 und der Empfangseinrichtung 20 ist so ausgelegt, daß dieser Umstand verhindert wird.
Die oben beschriebene Schaltung ist in ihrer Funktionsweise zum Antrieb des Motors 14 geeignet, hat aber den Nachteil, vergleichsweise kostspielig zu sein. Insbesondere sind die optoelektronisch gekoppelten Thyristoren 41 und 45 gerade bei der Verwendung in Massenproduktionsgeräten kostspielige Einrichtungen.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Steuerung der Rotation eines Gleichstrommotors mit Wechselstromanschluß in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, die vergleichsweise kostengünstig, einfach in der Konstruktionsweise und leicht bei einer Massenproduktion einsetzbar ist.
Gemäß dieser Erfindung werden die weiter oben beschriebenen optoelektronisch gekoppelten Thyristor-Schaltungen durch wesentlich weniger kostspielige Bauteile ersetzt. Im einzelnen umfaßt die beschriebene Erfindung eine Vorrichtung zur Verwendung eines Wechselstromanschlusses, um einen Gleichstrommotor vor- und rückwärts anzutreiben, wobei der Wechselstromanschluß mit einem ersten Anschluß des Gleichstrommotors verbunden ist. Ein erster Thyristor ist vorgesehen, wobei eine Kathode an einen zweiten Anschluß des Gleichstrommotors und eine Anode an eine gemeinsame Masseverbindung angeschlossen ist. Ein zweiter Thyristor ist vorgesehen, wobei eine Anode an einen zweiten Anschluß des Gleichstrommotors und eine Kathode an eine gemeinsame Masseverbindung angeschlossen ist. Eine Gate-Steuerung ist vorhanden, die einen in Basisschaltung angeschlossenen Transistorverstärker umfaßt, der elektrisch zwischen dem Gate des ersten Thyristors und der gemeinsamen Masseverbindung der Schaltung angeschlossen ist, um diesen ersten Thyristor wahlweise zu aktivieren oder zu deaktivieren. Erste Mittel sind vorhanden, um wahlweise ein Signal an der Gate-Steuerung anzulegen, so daß der erste Thyristor aktiviert wird, wodurch die Rotation des erwähnten Gleichstrommotors in einer ersten Richtung bewirkt wird. Zweite Mittel sind vorhanden, um wahlweise ein Signal am Gate des zweiten Thyristors anzulegen, so daß der zweite Thyristor aktiviert wird, wodurch die Rotation des erwähnten Gleichstrommotors in einer entgegengesetzten Richtung bewirkt wird.
Zum Abschluß der Patentschrift werden Ansprüche angemeldet, die die als Neuerung angesehenen Eigenschaften der Erfindung definieren. Die Erfindung wird aber zusammen mit weiteren dort umfaßten Gegenständen besser verständlich, wenn man die folgende Beschreibung in Zusammenhang mit den folgenden Figuren der Zeichnungen berücksichtigt:
Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung einer Motorsteuerschaltung, die gemäß dem bisherigen Stand der Technik wie weiter oben im einzelnen beschrieben konstruiert ist.
Fig. 2 ist eine schematische Zeichnung einer Motorsteuerschaltung, die gemäß dieser Erfindung konstruiert ist.
In Fig. 2 ist eine Motorsteuerschaltung 130 als Prinzipskizze dargestellt. Bei Elementen, die mit den in Fig. 1 beschriebenen identisch sind, wurden die entsprechenden Bezugsziffern um die Zahl 100 erhöht.
Wie bei Betrachtung der beiden Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, werden die optoelektronisch gekoppelten Thyristor- Schaltungen 40, 44 (Fig. 1) ersetzt durch herkömmliche Thyristoren 150 beziehungsweise 152. Das bei 152A dargestellte Gate des Thyristors 152 ist elektrisch direkt an den Ausgang B der (in Fig. 2 nicht dargestellten) Empfangseinrichtung 20 angeschlossen. Ein empfindlichkeitsregelnder Widerstand R&sub5; ist zwischen dem Gate und der Kathode von SCR 152 angeschlossen. Das bei 150A dargestellte Gate des Thyristors 150 ist über eine zwischengeschaltete Verstärkerschaltung 154 an den Ausgang A der Empfangseinrichtung 20 angeschlossen. In der im folgenden im einzelnen beschriebenen Weise steuert der Ausgang B der Empfangseinrichtung 20 direkt das Gate 152A des Thyristors 152, während der Ausgang A der Empfangseinrichtung über die Verstärkerschaltung 154 das Gate 150A steuert.
Bei der Verstärkerschaltung 154 ist ein Transistor 156 in einer Verstärkerbasisschaltung an die Basis 156A angeschlossen, die mit der gemeinsamen Masseverbindung 138 verbunden ist. Der bei 156B dargestellte Transistor-Emitter ist elektrisch direkt an den Eingang A angeschlossen. Der bei 156C dargestellte Transistor-Kollektor ist über einen Vorspannungswiderstand R&sub6;, der mit einer Diode D&sub1; und einem empfindlichkeitsregelnden Widerstand R&sub7; in Reihe geschaltet ist, mit dem Motoranschluß 142 verbunden. Das Gate 150A des Thyristors 150 ist an die Verbindung zwischen der Kathode der Diode D&sub1; und dem Widerstand R&sub7; angeschlossen, so daß der Widerstand zwischen dem SCR-Gate und der Kathode angeschlossen ist. Die Thyristoren 150, 152 umfassen beispielsweise Bauelemente vom Typ Motorola MCR-22.
Die Betriebsweise der Motorantriebsschaltung 130 wird zunächst betrachtet, wenn am Ausgang A der Empfangseinrichtung eine logisch niedrige Spannung und am Ausgang B eine logisch hohe Spannung ansteht. Bei niedrigem Pegel am Ausgang A ist der Transistor 156 im AUS-Zustand; zum Gate 150A fließt kein Strom; und der Thyristor 150 führt keinen Strom (das heißt, er sperrt positive Wechselstromimpulse und ist nicht für die Weiterleitung negativer Wechselstromimpulse aktiviert). Die Diode D&sub1; sperrt den positiven Stromfluß über die Verstärkerschaltung 154. Bei hohem Pegel am Ausgang B führt der Thyristor positive Wechselstromimpulse und treibt den Motor 114 so an, daß er sich in einer ersten Richtung bewegt.
Betrachtet man nun den umgekehrten Betriebszustand, so daß an Ausgang A ein hoher Pegel und an Ausgang B ein niedriger Pegel ansteht, führt der Thyristor 152 keinen Strom. Der Transistor 156 ist stromführend und leitet Strom zum Gate 150A. Dadurch wird der Thyristor 150 aktiviert, so daß er negative Wechselstromimpulse führt und damit den Motor 114 so antreibt, daß er in einer entgegengesetzten Richtung rotiert. Der Thyristor 150 und die Diode D&sub1; sperren natürlich weiterhin positive Wechselstromimpulse.
Zur besseren Erläuterung wird angemerkt, daß der Thyristor 150 alle negativen Wechselstromimpulse leiten würde, falls das Gate 150A des Thyristors 150 direkt mit dem Eingang A verbunden wäre, da ein logisch niedriger Pegel am Eingang A eine positive Spannung bezüglich der gemeinsamen Masseverbindung 138 bedeutet.
Damit ist eine Vorrichtung zur Verwendung eines Wechselstromanschlusses bereitgestellt, um einen Gleichstrommotor vor- und rückwärts zu steuern. Die Vorrichtung ist vergleichsweise wesentlich weniger kostspielig als die nach dem bisherigen Stand der Technik verwendete. Sie umfaßt allgemein verfügbare Bauteile und kann leicht in der Massenproduktion übernommen werden. Die Vorrichtung ist insbesondere kompatibel mit den Arten von logischen Schaltungen, die typischerweise in wechselstrombetriebenen Vorrichtungen Verwendung finden. Ein Anwendungsgebiet der Erfindung sind beispielsweise in der Photographie verwendete Diaprojektoren sowie andere Arten von wechselstrombetriebenen Vorrichtungen, in denen vor- und rückwärts steuerbare Gleichstrommotoren eingesetzt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Verwendung eines Wechselstromanschlusses, um einen Gleichstrommotor vor- und rückwärts anzutreiben, wobei der Wechselstromanschluß (112) mit einem ersten Anschluß (136) des Gleichstrommotors (114) verbunden ist, gekennzeichnet durch

- einen ersten steuerbaren Halbleitergleichrichter (150), dessen Kathode mit einem zweiten Anschluß (142) des Gleichstrommotors und dessen Anode mit einer gemeinsamen Masseverbindung (138) verbunden ist;

- einen zweiten steuerbaren Halbleitergleichrichter (152), dessen Anode mit dem zweiten Motoranschluß (142) und dessen-Kathode mit der gemeinsamen Masseverbindung (138) verbunden ist;

- eine Gate-Steuerung (154) mit einem in Basisschaltung betriebenen Transistorverstärker, der zwischen Gate (150a) des ersten steuerbaren Halbleitergleichrichters (150) und der gemeinsamen Masseverbindung (138) angeschlossen ist, um den ersten steuerbaren Halbleitergleichrichter (150) wahlweise zu aktivieren oder zu deaktivieren;

- erste Mittel (20,a), die wahlweise an der Gate-Steuerung ein Signal anlegen, um den ersten-steuerbaren Halbleitergleichrichter (150) zu aktivieren, wodurch der Gleichstrommotor in einer ersten Richtung angetriebe wird;

zweite Mittel (20,b), die wahlweise am Gate des zweiten steuerbaren Halbleitergleichrichters (152) ein Signal an legen, um den zweiten steuerbaren Halbleitergleichrichter zu aktivieren, wodurch der Gleichstrommotor in einer zweiten Richtung angetrieben wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistorverstärker folgende Komponenten aufweist:

- einen PNP-Transistor (156);

- eine mit der gemeinsamen Masseverbindung (138) verbundene Basis (156a);

- einen mit den ersten Mitteln (20,a) verbundenen Emitter (156b) zum wahlweisen Anlegen eines Signals; und

- einen über einen Vorspannungswiderstand (R6) mit dem Gate (150a) des ersten steuerbaren Halbleitergleichrichters (150) verbundenen Kollektor (156c).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistorverstärker eine zwischen dem Widerstand (R6) und dem Gate (150a) des ersten steuerbaren Halbleitergleichrichters (150) angeschlossene Diode (D1) aufweist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromanschluß folgende Komponenten aufweist:

- eine Wechselstromquelle (132); und

- einen Transformator (134) mit einer an die Wechselstromquelle angeschlossenen Primärwicklung (134a) sowie einer zwischen dem ersten Anschluß (136) des Gleichstrommotors (114) und der gemeinsamen Masseverbindung (138) angeschlossenen Sekundärwicklung (134b).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Mittel zum Anlegen von Signalen Mittel (22, 26) aufweisen zum Empfangen und Dekodieren von die Drehrichtung des Gleichstrommotors bestimmenden codierten IR-Signalen(18).