CH662912A5 - Schaltungsanordnung zur steuerung eines buerstenlosen gleichstrommotors. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines bürstenlosen Gleichstrommotors gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.

Eine besonders wichtige Anwendung für eine solche Schaltungsanordnung ist der Antrieb für eine Spule in einem Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät, bei dem ein magnetisches Band als Datenträger verwendet ist. Dabei soll durch diese Schaltungsanordnung ermöglicht werden, den Motor zu blockieren.

Bei einem Videobandrecorder wird die Aufzeichnung oder Wiedergabe dann durchgeführt, wenn ein Teil des Bandes um eine Trommel gewickelt ist, die rotierende Magnetköpfe trägt, und die Umwicklung der Trommel mittels eines Ladegerätes vorgenommen wurde. Der Aufbau der Ladevorrichtung ist derart, dass nach Vollendung der Aufzeichnung oder Wiedergabe die Kassette entfernt werden kann, nachdem das Band von der Trommel abgewickelt wurde. Beim Aufwickeln und Abwickeln muss einer der beiden Haspel blockiert werden, damit das Band nicht verschoben wird. Der zweite Haspel bleibt dabei un-blockiert, so dass das Umwickeln und Abwickeln vorgenommen werden kann.

In herkömmlichen Bandtransportsystemen wird ein geeigneter Haspelantrieb mittels eines Bremsriemens oder eines Bremsschuhs, der von einem elektromagnetischen Anker betätigt ist, blockiert. Eine derartige Blockiervorrichtung benötigt viele mechanische Komponenten und hat dazu im Betrieb einen hohen Stromkonsum im Elektromagnet und bewirkt einen Lärm bei der Betätigung des Ankers.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines bürstenlosen Gleichstrommotors zu schaffen, bei der die beschriebenen Nachteile nicht mehr auftreten.

Erfindungsgemäss wird dies durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanpruchs 1 angegebenen Massnahmen erreicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung eines Bandantriebs bei einem Videobandrecorder, bei dem die vorliegende Erfindung anwendbar ist,

Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung einer herkömmlichen Blockiervorrichtung,

Fig. 3 eine Schaltungsanordnung zum Antrieb eines bürstenlosen 2-Phasen-Gleichstrommotors,

Fig. 4 Diagramme zur Darstellung des Betriebs der Schaltungsanordnung nach Fig. 3,

Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung des Antriebsmoments zum Blockieren des Motors, und

Fig. 6 bis 8 Schaltungsanordnungen von weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung.

In der Bandtransportvorrichtung gemäss Fig. 1 wird ein Magnetband 2, das aus der Kassette 1 herausgezogen wird, um eine Magnetkopftrommel 3 mittels einer Ladevorrichtung gewickelt.

Wie schon oben erwähnt, ist einer der Antriebe für die Spulen 4 oder 5 der Kassette 1 blockiert.

Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Anordnung einer herkömmlichen Blockiervorrichtung für einen Haspel. Ein Bremsband 7, von dem das eine Ende fixiert ist, ist um einen Haspelhalter 6 geschlungen und das andere freie Ende dieses Bremsbandes 7 ist starr mit einem Hebel 9, der durch einen elektromagnetischen Anker betätigt ist, befestigt. Wenn der Anker 8 betätigt wird, löst sich das Bremsband 7, und der Haspelhalter 6 kann frei drehen. Wenn der Anker 8 entregt wird, wird das Bremsband 7 an den Haspelhalter 6 mittels einer Feder 10 herangezogen, so dass der Haspelhalter 6 blockiert ist. Eine solche Blockiervorrichtung hat verschiedene Nachteile, wie sich schon eingangs erwähnt wurden. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Rotation eines Haspelhalters dadurch blockiert, dass der Antriebsmotor für diesen Haspelhalter elektrisch blockiert wird. Als Wickelmotor für diesen Zweck kann ein bürstenloser Gleichstrommotor der 2-phasigen gleichgerichteten Schaltart verwendet werden, aber auch ein anderer Motor mit mehr als 3-phasiger Schaltung könnte ebenso verwendet werden.

Fig. 3 zeigt einen solchen 2-phasigen bürstenlosen Schaltmotorantrieb gemäss einer ersten Ausführungsform, und Fig. 4

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

zeigt ein Diagramm zur Erläuterung von dessen Betrieb. Wie in Fig. 3 dargestellt, wird ein Hallelement 12 verwendet, um die Drehlage des Rotors zu bestimmen. Ein Paar Ausgänge werden einem Detektorkreis zugeführt, der im wesentlichen aus den beiden Transistoren Qi und Q2 besteht. Der Detektorkreis erzeugt gegenphasige Schaltersignale b und c, die zwischen einem hohen und einem niedrigen Pegel bei jeweils 189° elektrischer Phasenlage umschalten, wie Fig. 4B und 4C zeigen. In diesen Detektorkreis sind die Emitter der Transistoren Qi und Q2 mit einem gemeinsamen Widerstand 13 verbunden, um einen Differentialschaltkreis zu bilden. Der Widerstand 13 ist mit einer Spannungsquelle Vcc verbunden, um dem Detektorkreis den Betriebsstrom zuzuführen. Ein weiterer Betriebsstrom wird dem Hallelement 12 von der Spannungsquelle Vcc über einen Widerstand 14 zugeführt.

Die Ausgänge b und c der Transistoren Qi und Q2 werden benützt, um die Transistoren Q3 und Q4 zu steuern, so dass die beiden Spulen 15A und 15B des 2-phasigen Motors abwechselnd bei jedem elektrischen Winkel von 180° erregt werden, um Antriebsmomente Ta und Tb gemäss Fig. 4A zu erzeugen. Eine Servospannung Vs wird den Spulen 15A und 15B von einer Geschwindigkeitssteuerung zugeleitet.

Im allgemeinen hat ein 2-phasiger bürstenloser Gleichstromschaltmotor zwei Totpunkte pro Umdrehung, und zwar bei jedem elektrischen Winkel von 180°, wo ein Antriebsmoment von Null erzeugt wird. Es ist auch ein verbesserter 2-phasiger bürstenloser Gleichstrommotor bekannt, der mit Hilfspolen oder unmagnetisierten Abschnitten in einem Feldsystem versehen ist und dazu eine spezielle Wicklung im Ankersystem besitzt. Die Hilfspole oder nicht magnetisierten Abschnitte sind bei jedem elektrischen Winkel von 180° eines Paars Feldmagnete angeordnet, die sich über den gesamten elektrischen Winkel von 360° erstrecken. Jede Wicklung hat Wicklungsabgriffe (entsprechend dem Winkel zwischen einem Paar Spulen, die das Drehmoment erzeugen) bei weniger als 180°C.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Schalter 16 vorhanden, um einen Ausgangsanschluss des Hallelementes 12 auf Masse zu schalten. Dieser Schalter 16 kann beim Einsetzen und Herausnehmen der Kassette durch ein Steuersignal betätigt werden, das für den Antriebsmotor des Ladesystems vorgesehen ist. Wenn der Schalter 16 geschlossen ist, wird der Transistor Qi leitend, unabhängig vom Ausgang des Hallelements und entsprechend wird auch der Treibertransistor Q4 leitend und damit wird die Spule 15B erregt.

Wenn die Emitter-Kollektorsättigungsspannung des Transistors Qi Null gemacht wird, wenn die Transistoren Q] und Q4 leitend geschaltet werden, wird der Emitter des Transistors Qi auf einem Potential der Basis-Emitterspannung Vbe des Transistors Q4 bezüglich Masse begrenzt. Der andere Ausgang des Hallelementes 12 ist in keinem Zustand der Detektion unter dem Massepotential. Deshalb kann der Transistor Q2 die Basis-Emitterspannung nicht erreichen, so dass dieser nicht leitend

662 912

werden kann. Damit sind sowohl der Transistor Q2 und als Folge davon auch der Transistor Q3 gesperrt und die Spule 15A wird nicht erregt.

Als Resultat davon wird nur ein Drehmoment TB der B-Phase gemäss Fig. 5 erzeugt, so dass der Rotor des Motors beim Punkt S mit einem Antriebsmomemt gleich Null blockiert wird. Wenn der Rotor von diesem Punkt S abwandern möchte, wird ein Moment gemäss den Pfeilen erzeugt, durch das der Rotor auf diesen Punkt S zurückgestellt wird. Mit andern Worten, der Punkt S ist ein stabiler Punkt des Rotors bei einseitiger Erregung und eine Rückhaltekraft wirkt einer äusseren Kraft innerhalb des Bereiches von U entgegen. Der Haspelhalter 6 ist damit blockiert und kann beim Umwickeln und Abwickeln der Trommel nicht bewegt werden. Der stabile Punkt S ist eine Drehlage, wo die N-S Grenze eines Pols des Erregerfeldes angeordnet ist und sich gerade an der Stelle der Leiter für die B-Phasenspule 15B befindet.

Als nächstes zeigen Fig. 6 bis 8 andere Ausführungsformen dieser Erfindung. In Fig. 6 ist ein Schalter 16 zwischen einen der beiden stromführenden Anschlüsse des Hallelementes 12 und Masse geschaltet und ein weiterer hochohmiger Widerstand 17 befindet sich zwischen dem Qi-seitigen Anschluss des Hallelementes 12 und Masse.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Schalter 16 während der Blockierphase geöffnet. In diesem Zustand fliesst ein Basisstrom des Transistors Qi über den Widerstand 17 und der Transistor Qi ist leitend während der Transistor Q2 gesperrt ist. Damit fliesst nur ein Strom durch die B-Phasenspule 15B, um den Rotor gleicherweise wie im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 zu blockieren.

In Fig. 7 ist ein Schalter 16 zwischen den andern Ausgang des Hallelementes 12 und die Speiseleitung Vcc geschaltet. Wenn der Schalter 16 geschlossen wird, sperrt der Transistor Qi und im Gegensatz dazu wird der Transistor Q2 leitend. In diesem Fall fliesst nur ein Strom durch die A-Phasenspule 15A, wodurch der Rotor ebenso wie die Haspelhalterung 6 blockiert sind.

Gemäss Fig. 8 sind die Ausgänge des Hallelements 12 einem Differentialverstärker 18 zugeführt und das Schaltersignal b für die A-Phase gemäss Fig. 4B wird vom Ausgang des Differentialverstärkers 18 erhalten. Der Treibertransistor Q3 für die A-Phase wird durch dieses Schaltersignal b ein- und ausgeschaltet. Anderseits wird der Treibertransistor Q4 für die B-Phase durch den invertierten Ausgang vom Kollektor des Transistors Q3 ein-und ausgeschaltet. Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 8 ist ein Schalter 16 vorgesehen, um den Ausgang des Differentialverstärkers 18 zu erden. Mit geschlossenem Schalter 16 ist der Transistor Q3 gesperrt, und sein Kollektor liegt auf hohem Potential, so dass der Transistor Q4 leitend wird. Entsprechend fliesst ein Strom durch die B-Phasenspule 15B, um den Rotor des Motors in derselben Weise wie beschrieben zu blockieren.

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

v

2 Blätter Zeichnungen

Claims (7)

662 912

1. Schaltungsanordnung zur Steuerung eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit Schalterelementen (Q3, Q4) zur Erregung der Spulen (15A, 15B) von entprechenden Phasen und mit einer Antriebsschaltung zum Anlegen von Steuersignalen an die genannten Schalterelemente (Q3, Q4) in Abhängigkeit von die Drehlage des Rotors angebenden Signalen, gekennzeichnet durch ein mit der Antriebsschaltung (12, 13, Qi, Q2) verbundenes Schalterelement (16) zur Festlegung des Ausgangssignals der Treiberschaltung, derart, dass jeweils nur eines der Schalterelemente (Q3, Q4) nur eine Spule (15A, 15B) erregt, während das andere Schalterelement (Q3, Q4) sperrt, um mit der erregten Spule den Rotor zu fixieren.

2. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bürstenlose Motor ein zweiphasiger Wechselschaltmotor mit A-Phasen- und B-Phasenspulen (15A, 15B) ist, die mittels zwei durch ein Paar Schaltersignale (b, c), die jeweils bei 180° zwischen hohem und niedrigem Pegel wechseln und elektrisch in Gegenphase zueinander liegen, gesteuerten Schaltertransistoren (Q3, Q4) mit Erregerstrom versorgt sind.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung ein Hallelement (12) zur Erzeugung eines Signals zur Feststellung der Drehlage, und einen Differentialverstärker (13, Qi, Q2) mit einem Paar mit den Ausgängen des Hall-Generators verbundenen Eingängen und mit einem Paar die Schaltersignale (b, c) für die Schaltertransistoren (Q3, Q4) leitenden Ausgängen, umfasst.

4. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalterelement (16) zwischen einem der beiden Ausgänge des Hallelements (12) und Masse angeschlossen ist, um in leitendem Zustand das eine Ausgangssignal der Treiberschaltung (12, 13, Qi, Q2) auf dem hohen Pegel und das andere auf dem niedrigen Pegel zu fixieren, wodurch nur eine der genannten Spulen (15A, 15B) erregt wird.

5. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalterelement (16) zwischen einem Speisestromanschluss des Hallelements (12) und Masse angeschlossen ist, und dass ein Widerstand (17) zwischen einen der beiden Ausgänge des Hallelements und Masse geschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalterelement (16) zwischen einen Ausgang des Hallelements (12) und einer Speisegleichstromzufuhr (Vcc) angeschlossen ist.

7. Schaltungsanordnung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung ein Hallelement (12) enthält, um ein die Drehlage des Rotors kennzeichnendes Signal zu erzeugen, dass ferner ein Differentialverstärker (18) mit einem Paar Eingänge vorhanden ist, welche Eingänge mit den Ausgängen des Hallelementes (12) verbunden sind, und der einen einzigen Ausgang aufweist, der zur Abgabe eines Schaltsignals an den Eingang eines Schaltertransistors (Q3) dient, von welchen Schaltertransistoren dem zweiten Schaltertransistor (Q4) das Schaltsignal mit umgekehrter Phasenlage über den erstgenannten Schaltertransistor (Q3) zugeführt ist, und dass das Schalterelement (16) zwischen den Ausgang des Differentialverstärkers und Masse geschaltet ist.