DE4100584A1 - Sensor fuer die drehzahlregelung von kleinmotoren mit kollektor - Google Patents
Sensor fuer die drehzahlregelung von kleinmotoren mit kollektorInfo
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Description
Zweck der Erfindung ist die automatische Regelung der Drehzahl von Kollektor-
Kleinmotoren in der Weise, daß diese bei Änderung des Lastdrehmomentes auf ggf.
mehreren eingebbaren Sollwerten konstant bleibt. Dafür ist ein Drehzahlsensor
erforderlich, der nach bekanntem Stand der Technik als Tachometergenerator, als
magnetischer, induktiver oder optischer Geber ausgeführt wird. Der Kosten- und
Raumaufwand für diese üblichen Sensoren ist etwa ebenso groß wie für einen zu
regelnden Kleinmotor im Leistungsbereich 1-10 W.
Der Strom von Kollektormotoren enthält einen Wechselstromanteil, der durch den
Kommutierungsvorgang entsteht, weil die Bürsten zeitweise voll auf einer
Kollektorlamelle stehen, zeitweise den Isolierspalt zwischen zwei Lamellen
überbrücken. Unabhängig von einer sich lastabhängig ändernden Kurvenform ist die
Grundfrequenz des Wechselstroms proportional der Drehzahl des Motors. Durch
Entnahme desselben steht ein elektrischer Drehzahlmeßwert zur Verfügung, der Motor
selbst übernimmt die Funktion des Drehzahlsensors. Als weiterer Vorteil ergibt sich
dabei, daß für diesen Sensor keine zusätzlichen Leitungen erforderlich sind. Der
genannte Wechselstromanteil kann auch an einer vom Motor entfernten Stelle
abgenommen werden, beispielsweise in seinem Stromversorgungsgerät. Dies ist
wichtig, wenn der Motor beweglich ist und seine Zuleitungen über zweipolige
Drehkupplungen mit Schleifringen oder Schleifschienen geführt werden müssen.
Weiterhin gibt es Anwendungen, bei denen mehrere Kleinmotore gemeinsam über
zweipolige Drehkupplungen oder Schleifschienen gespeist und voneinander
unabhängig auf verschiedene Drehzahlen lastunabhängig geregelt werden sollen. Da
kein besonderer Drehzahlsensor erforderlich ist und der Regler räumlich klein
ausgeführt werden kann, ist dessen Unterbringung in unmittelbarer Nähe des Motors
möglich.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung. Darin ist 1 der Anker des
Reihenschluß-Kollektormotors, 2 seine Feldwicklung. Sie besteht aus zwei Teilen, von
denen je nach Polarität an den Klemmen 3/4 wegen der unterschiedlichen
Durchlaßrichtungen der Dioden 5 und 6 einer in Betrieb ist. Zwischen den Klemmen 3/4
und den Anschlüssen 7/8 des Polwenders 9 liegt die nach dem Zweck der Erfindung
zweipolige Leitung L1/L2 zum Motor. Der Polwender 9 kann, wie dargestellt, als Relais
mit zwei Umschaltkontakten 7 und 8 oder als Halbleiteranordnung gleicher Funktion
ausgeführt sein. Aus der Sollwerteingabe 21 wird damit die Drehrichtung des Motors
bestimmt.
Die Speisung des Motors erfolgt über den als Regler wirkenden Leistungstransistor 10
aus einer Gleichspannungsquelle an den Anschlüssen 11 und 12.
Über den Transformator 13 zur Gleichstromtrennung wird der Wechselstromanteil des
Motorstroms als Regelgröße gewonnen. Aus dessen Frequenz wird mittels der an sich
bekannten Schaltung aus den Kondensatoren 14, 15 und den Dioden 16, 17 eine
frequenzabhängige Gleichspannung erzeugt. Je nach der Genauigkeitsanforderung
können für die Frequenzmessung und die nachfolgende Gewinnung des
Meßergebnisses andere Anordnungen gewählt werden. Beispielhaft hierfür ist ein
digitaler Frequenzähler mit nachgeschaltetem Digital-/Analog-Umsetzer zu nennen.
Der Sollwert der Regelgröße, das ist die Motordrehzahl, wird durch eine der Z-Dioden
19 vorgegeben. Diese haben in ihrem Sperrbereich unterhalb der für sie
charakteristischen Durchbruchspannung einen hohen Sperrwiderstand. Überschreitet
die Spannung an Pkt.18 diesen Wert, so erscheint an Pkt. 20 eine mit der Spannung an
18 linear steigende Ausgangsspannung abzüglich der Durchbruchspannung der Z-
Dioden. Durch Umschalten der Z-Dioden aus dem Sollwertgeber 21 wird diejenige
Drehzahl, die lastunabhängig gehalten werden soll, bestimmt. Im einfachsten Fall
besteht der Sollwertgeber 21 aus einem Stufenschalter für die Einschaltung der Z-
Dioden und einem Schalter für das Polwenderrelais 9. Die Spannung am Ausgang wird
durch den Gleichspannungsverstärker 22 soweit verstärkt, daß über den Transistor 10
und die Spannung 3/4 die Drehzahl bei veränderlichem Last-Drehmoment
entsprechend der Verstärkung des Regelkreises konstant gehalten wird. Innerhalb
gewisser Grenzen werden weiterhin Schwankungen der Speisespannung 11/12 in
bezug auf die Drehzahl ausgeglichen.
Diese Anordnung ist weiterhin erfindungsgemäß funktionsfähig, wenn anstelle des
Reihenschlußmotors ein Permanentmagnetmotor verwendet wird, weil dessen
Motorstrom ebenso den in seiner Frequenz drehzahlabhängigen Wechselstromanteil
enthält.
Eine Anordnung ohne Transformator 13 ist in Fig. 2 beschrieben. Die Auskopplung des
Wechselstromanteils aus dem Strom des Motors 1 mit seiner zweiteiligen
Feldwicklung 2 erfolgt erfindungsgemäß über eine zweite Wicklung 3, die auf den
Ständerpolen des Motors zusammen mit der Feldwicklung untergebracht ist. Der
Ständer mit diesen beiden Wicklungen übernimmt dadurch die Funktion des
Transformators. Die Wechselspannung des Anschlusses Y in Fig. 2 wird an der in Fig. 1
mit Y bezeichneten Stelle dem Kondensator 14 zugeführt, daraus in gleicher Weise wie
Fig. 1 die Regelspannung gewonnen und an der in beiden Figuren mit X bezeichneten
Stelle dem Transistor 10 zugeführt.
Die Speisung der Anordnung erfolgt von den Anschlüssen 31 und 32 über die nach
dem Zweck der Erfindung zweipolige Leitung L1/L2 zu den Anschlüssen 33 und 34. Die
Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung des Motors erfolgt in an sich bekannter
Weise über L1/L2 durch serielles Umtasten der Speisespannung an 31/32, so daß
beispielsweise Plus eine 0, Minus eine 1 überträgt. Diese Spannung wird über 33 dem
Dekoder 35 zugeführt. Durch den Brückengleichrichter 36 wird erreicht, daß die
Polarität der Speisespannung für den Motor, den Regler zwischen X und Y und den
Dekoder unabhängig von der Tastung an 31/32 die gleiche bleibt.
Eine Weiterbildung der Fig. 2 gegenüber Fig. 1 ist, daß an die Klemmen 33/34 mehrere
Motoren (beispielhaft 16) mit jeweils eigener Drehzahlregelung angeschlossen werden
können. Der von einer Zentrale über die Leitung L1/L2 zu allen Motoren gelangende,
laufend wiederholte Datenblock enthält daher in seinen Bits 1 bis 4 die Adresse des
Motors, dessen Drehzahl auf einen von 4 lastunabhängig zu regelnden Drehzahlwert
gesteuert werden soll. Welcher von den vieren, wird durch die Bits 5 und 6 bestimmt.
Über den Anschluß Z wird die dazu gehörige Z-Diode ausgewählt. Als einfachste
Lösung sind dafür anstelle des Schalters 20 vier Relais vorstellbar, aus Kosten- und
Platzgründen wird man jedoch eine funktional entsprechende Halbleiteranordnung
wählen. Die Drehrichtung wird durch Einschalten der entsprechenden Hälfte der
Feldwicklung 2 über Transistor 37 oder 38 durch Bit 7 aus dem Dekoder bestimmt.
Die gesamte Anordnung nach Fig. 2 kann außer dem Motor und den Kondensatoren 14
und 15 je nach Wirtschaftlichkeit in einem oder mehreren integrierten
Siliziumschaltkreisen untergebracht werden. Durch Wahl eines anderen
Frequenzdemodulators können auch die Kondensatoren vermieden werden. Der
Raumbedarf der integrierten Ausführung wird selbst bei Kleinmotoren von nur einigen
Watt Leistung kleiner als diese selbst sein.
Alternativ zur Wicklung 3 kann der Wechselstromanteil des Motorstroms über den
Kondensator 40 als Spannungsabfall am induktiven Blindwiderstand der
Reihenschlußwicklung 2 entnommen und bei Y dem Regler zugeführt werden. Dies
kann vorteilhaft sein, wenn serienmäßige Kleinmotoren (d. h. ohne die Wicklung 3)
verwendet werden sollen oder der Platzbedarf für den Kondensator 40 vorhanden und
dieser kostengünstiger als die Wicklung 3 ist.
Claims (6)
1. Anordnung zur Messung der Drehzahl eines Gleichstrom-Reihenschluß- oder
Permanentmagnetmotors, dessen Drehzahl lastunabhängig auf einen
einstellbaren Wert geregelt werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß der im
Motorstrom infolge der Kommutation enthaltene, in seiner Frequenz der
Drehzahl linearproportionale Wechselstromanteil als Regelkriterium verwendet
wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Wechselstromanteil des Motorstroms bei Verwendung eines
Gleichstromreihenschlußmotors über eine weitere mit der Feldwicklung auf den
Ständerpolen transformatorisch gekoppelte Wicklung als Drehzahlregelkriterium
entnommen wird.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte
Wechselstromanteil als Spannungabfall an der Feldwicklung des Gleichstrom-
Reihenschlußmotors entnommen wird.
4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Frequenz des genannten Wechselstroms in an sich bekannter Weise gemessen
und daraus eine Gleichspannung zur Regelung der Motorspannung über einen
Leistungsverstärker gewonnen wird.
5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer
Schwellenschaltung für die Gleichspannung nach Anspruch 2, z. B. eines Satzes
umschaltbarer Z-Dioden, die Höhe der konstant zu haltenden Drehzahl
eingestellt wird.
6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Drehrichtung des Motors durch Umpolen der beiden Motorzuleitungen in an sich
bekannter Weise unter Verwendung einer doppelten Feldwicklung mit je einer
Diode schaltbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4100584A DE4100584A1 (de) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | Sensor fuer die drehzahlregelung von kleinmotoren mit kollektor |
Applications Claiming Priority (1)
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DE4100584A DE4100584A1 (de) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | Sensor fuer die drehzahlregelung von kleinmotoren mit kollektor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4100584A1 true DE4100584A1 (de) | 1991-06-06 |
Family
ID=6422803
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4100584A Withdrawn DE4100584A1 (de) | 1991-01-11 | 1991-01-11 | Sensor fuer die drehzahlregelung von kleinmotoren mit kollektor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4100584A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19544498A1 (de) * | 1994-12-10 | 1996-06-13 | Antec Angewandte Neue Technolo | Verfahren zur Herstellung einer farbgebenden Beschichtung |
WO1997027666A1 (de) * | 1996-01-24 | 1997-07-31 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Schaltungsanordnung zur bestimmung der drehzahl eines kommutatormotors |
WO1998023967A1 (de) * | 1996-11-22 | 1998-06-04 | Mannesmann Vdo Ag | Verfahren zur kontinuierlichen erfassung einer drehzahl von elektromotoren sowie eine anordnung zur durchführung des verfahrens |
-
1991
- 1991-01-11 DE DE4100584A patent/DE4100584A1/de not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19544498A1 (de) * | 1994-12-10 | 1996-06-13 | Antec Angewandte Neue Technolo | Verfahren zur Herstellung einer farbgebenden Beschichtung |
WO1997027666A1 (de) * | 1996-01-24 | 1997-07-31 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Schaltungsanordnung zur bestimmung der drehzahl eines kommutatormotors |
WO1998023967A1 (de) * | 1996-11-22 | 1998-06-04 | Mannesmann Vdo Ag | Verfahren zur kontinuierlichen erfassung einer drehzahl von elektromotoren sowie eine anordnung zur durchführung des verfahrens |
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