DE1763686C3

DE1763686C3 - Schaltung für den elektromotorischen Antrieb von künstlichen Gliedmaßen

Info

Publication number: DE1763686C3
Application number: DE1763686A
Authority: DE
Inventors: Richard Wien Prassl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-07-28
Filing date: 1968-07-18
Publication date: 1978-04-20
Also published as: DE1763686B2; GB1165507A; DE1763686A1; AT278235B

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung für den elektromotorischen Antrieb von künstlichen Gliedmaßen, insbesondere Handprothesen, welche von einem permanent erregten Gleichstrommotor angetrieben sind, wobei zum Antrieb in beiden Drehrichtungen die Motoranschlußklemmen fiber zwei antiparallel geschaltete erste Dioden, vorzugsweise Siliziumdioden, an die Pole einer Speisebatterie angeschlossen sind und zur Schaffung einer für beide Drehrichtungen des Motors wirksamen Bremsschaltung zwei Transistoren mit den Kollektor-Emitterstrecken parallel zu den Motoranschlußklemmen geschaltet sind. Eine solche Schaltung ist etwa aus der DE-AS12 27 985 bekannt.

Bei einer solchen bekannten Schaltung sind für jede der beiden Drehrichtungen zwei Bremskreise vorgesehen, wobei jeder Bremskreis aus der Serienverbindung der Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors und einer Diode besteht Diese bekannte Schaltung besitzt den großen Nachteil, daß der Stromverbrauch in Ruhestellung sehr groß ist und auch während des Betriebes ein sehr schlechter Wirkungsgrad erhalten 6s wird. Im Betrieb fließt ständig ein relativ großer Strum über die Vorspannwiderstände für die Transistoren, so daß ein großer Ruheverbrauch vorliegt. Weiters befindet sich einer der beiden Transistoren der Bremsschaltung immer im Verbrauchspreis, Die Folge davon ist ein hoher Verbrauch und ein Spannungsabfall an den Motorklemmen, so daß der Motor nicht die von ihm geforderte Leistung erbringt. Insgesamt besitzt somit diese bekannte Schaltung einen sehr schlechten Wirkungsgrad. Da jedoch die Speisebatterie für Antriebsschaltungen möglichst leicht sein soll, da diese vom Benutzer mitgetragen werden muß und weiters eine Ladung der Speisebatterie mindestens für einen Tag reichen soll, ist der Wirkungsgrad einer solchen Schaltung von entscheidender Bedeutung.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, den Wirkungsgrad zu verbessern. Dies wird, ausgehend von einer Schaltung der eingangs angeführten Art, erfindungsgei-iäß dadurch erreicht, daß die beiden Transistoren mit dem Kollektor und dem Emitter direkt an die Motoranschlußklemmen angeschlossen sind, jedem Transistor je eine mindestens an einem Ende an einem Pol der Speisebatterie angeschlossene Serienverbindung einer zweiten Diode, vorzugsweise einer Germaniumdiode, und eines Widerstandes zugeordnet ist, die Verbindung der Zweiten Diode und des Widerstandes jeder Serienverbindung an die Basis des zugeordneten Transistors angeschlossen ist, wobei die beiden zweiten Dioden zueinander antiparallel geschaltet sind und eine kleinere Kniespannung aufweisen als die ersten Dioden.

Erfindungsgemäß wird erreicht, daß die Kollektor-Emitterstrecke des jeweiligen Transistors nur vom Bremsstrom durchflossen wird. Der Verbraucherstrom fließt nur über die Ankerwicklung und eine Diode, so daß nur die um den Spannungsabfall der Diode verminderte Batteriespannung an den Motoranschlußklemmen liegt Es tritt somit bei der anmeldungsgemäßen Schaltung kein Leistungsabfall auf. Da die Widerstände sehr groß gewählt werden können, fließt nur ein kleiner Strom über die jeweilige Serienverbindung des Widerstandes und der Diode. Der Wirkungsgrad der anmeldungsgemäßen Schaltung ist daher sehr gut

Die Zeichnung zeigt eine Art erfindungsgemäße Schaltung in den Fig. 1—4 in vier Arbeitszuständen, wobei die jeweils stromführenden Leitungen durch starke Linien und die Fließrichtung der Ströme durch Pfeile angedeutet ist; F i g. 5 zeigt eine Abänderung der erfindungsgemäßen Schaltung.

Die Schaltung rund um den zu bremsenden Motor M, der mit permanentem Feld arbeitet, besteht aus einem komplementären Transistorpaar Ti (pnp) und T2 (npn), zwei Germaniumdioden D1 und D 4, sowie zwei Siliziumdioden D 2 und D 3. Letztere müssen in der Lage sein, den vom Motor unter Vollast aufgenommenen Strom ohne Überlastung durchzulassen.

Gemäß F i g. 1 ist der Motor eingeschaltet, mit + an Klemme I und dreht sich entsprechend der Polarität des Permanent-Feldes. Der Stromkreis schließt sich von Klemme 1 über den Motor, die Diode D 2 an Klemme -. An der Diode D 2 entsteht dabei ein Spannungsabfall von etwa 0,6 V, entsprechend der Kniespannung von Si-Dioden.

Daneben bildet sich ein Nebenschluß über den Widerstand R 2 und die Germaniumdiode D 4, wobei an DA ein Spannungsabfall von etwa 0,2 V, entsprechend der Kniespannung von Ge-Dioden, entsteht.

Der Strom, der durch R 2 und D 4 fließt, ist im Vergleich zum Motorstrom so klein, daß er den Wirkungsgrad der Einrichtung nicht merkbar verschlechtert. Der Transistor T2 erhält durch die ungleich

hohen Spannungsabfall an ZJ 2 und D 4 eine solche Vorspannung zwischen Basis und Emitter, daB er sicher gesperrt ist.

Durch den Transistor Tl fließt gleichfalls kein Strom, da er for die angenommene Polarität der Speisespannung in Sperrichtung gepolt ist. Gesperrt ist auch die Überbrückung der Anschlußleitung des Motors, welche einen weiteren Widerstand Al und die Germanium-Diode D1 enthält

F i g, 2 zeigt den Zustand nach Abschaltung der Speisespannung. Der Motor läuft infolge seiner Massenträgheit weiter und arbeitet dabei als Generator. Durch Wegfall der Sperrspannung (von D 2 und D 4) und den jetzt fließenden Basis-Strom Ober R 2 wird der npn-Transistor T2 schlagartig leitend und schließt über seine Kollektor-Emitter-Strecke den Motor kurz, der dadurch fast augenblicklich zum Stillstand kommt Der Basis-Strom von Γ2 wird dabei durch den Widerstand R 2 auf einen dem Transistor noch zuträglichen Wert begrenzt

Die linke Hälfte der Schaltung (Ti, Ri, Di) ist nach wie vor stromlos, da sich die Polarität der Spannung nicht verändert hat

F i g. 3 zeigt den Motor wieder eingeschaltet, diesmal mit (—) an Klemme 1 und er dreht sich jetzt in der anderen Richtung. Die Funktion der Schaltung ist dieselbe wie an Hand der F i g. 1 erläutert nur wird statt D 2 jetzt D 3 leitend, bzw. D1 statt D 4.

Gemäß Fig.4 wurde die Speisespannung wieder abgeschaltet die Bremsschaltung funktioniert wie gemäß F i g. 2. Entsprechend der umgekehrten Polarität schließt sich der Bremsstromkreis jetzt über den pnp-Transistor Ti. Durch die gegenüber Fig.2 jetzt umgekehrte Polarität ist nunmehr die rechte Hälfte der Schaltung mit T2, D 4, R 2 stromlos.

Eine Variante der beschriebenen Schaltung ist in der

Weise denkbar, daß die Dioden durch Transistoren ersetzt sind. Diese Schaltung würde vollkommen gleichartig wie die im Vorhergehender, beschriebene arbeiten.

Die in Fig,5 dargestellte Schaltung arbeitet im Prinzip ebenso wie jene nach den Fig. 1-4, kommt jedoch ohne Komplementär-Transistoren aus. In der Zeichnung dargestellt ist eine Ausführung mit pnp-Transistoren, es sind bei entsprechender Auslegung jedoch auch npn-Transistoren möglich.

Angenommen, die Anschlüsse 1,2 der Schaltung seien wie angegeben mit den Batterieklemmen verbunden; dann fließt der den Motor treibende Strom über die Diode D 5 durch die Motorwicklung und die Diode D 2 zur (—)-Klemme. Ferner fließt ein schwacher Strom durch den Zweig D 4 - Λ 2 - Z? 2; derTransistor Γ2' ist vorläufig wieder durch die verschieden großen an D 4 und D 5 auftretenden Spannungsabfälle gesperrt Das System DB-Ri-Di-TV ist für den Stromfluß gesperrt und kann erst bei Umpolung der Motorspeisung leitend werden. Beim Abschalte der Speisespannung von den Klemmen 1,2 wird TU durch Fortfall der Sperrspannung leitend und die Motorwicklung direkt über dessen Kollektor-Emitter-Strecke kurzgeschlossen. Für die andere Hälfte der Schaltung mit Rl, Dl, TV, D3 und D 6 gilt sinngemäß dasselbe bei der Umkehr der Drehrichtung bzw. der Speisespannung.

Die Schaltung nach F i g. 5 bietet sich für alle jene Fälle an, für die komplementäre Transistorpaare nicht zur Verfügung stehen, beispielsweise für höhere Leistung. Sie erfordert allerdings einen höheren Aufwand als die Schaltung nach Fig. 1, und zwar um zwei Dioden mehr, und der Wirkungsgrad wird infolge der beiden im Motorstromkreis in Serie liegenden Dioden etwas schlechter (höherer Spannungsabfall).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Schaltung für den elektromotorischen Antrieb von künstlichen Gliedmaßen, insbesondere Hand-Prothesen, welche von einem permanent erregten Gleichstrommotor angetrieben sind, wobei zum Antrieb in beiden Drehrichtungen die MotoranschluQldemmen Ober zwei antiparallel geschaltete erste Dioden, vorzugsweise Siliziumdioden, an die Pole einer Speisebatterie angeschlossen sind und zur Schaffung einer für beide Drehrichtungen des Motors wirksamen Bremsschaltung zwei Transistoren mit den Kollektor-Emitterstrecken parallel zu den Motoranschlußklemmen geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Transitoren (Ti, T₂; Ti', T₂') mit dem Kollektor und dem Emitter direkt an die Motoranschlußklemmen angeschlossen sind, jedem Transistor (T,, T₂; Ti', Ti') je eine mindestens an einem Ende an einem Pol (T, 2) der Speisebatterie angeschlossene Serienverbindung einer zweiten Diode, voi'zugsweise einer Germaniumdiode (Di, A), und eines Widerstandes (Ru R₂) zugeordnet ist, die Verbindung der zweiten Diode (Di, A) und des Widerstandes (R\, R₂) jeder Serienverbindung an die Basis des zugeordneten Transitors (Ti, T₂; T\, T₂') angeschlossen ist, wobei die beiden zweiten Dioden (Di, A) zueinander antiparallel geschaltet sind und eine kleinere Kniespannung aufweisen als die ersten Dioden (D₂, D₃).

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Transitoren (T,, T₂) ein komplementäres Transistorpaar bilden (F i g. 1 — 4).

3. Schaltung nach Anspruch ). dadurch gekennzeichnet, daß beide Transitoren (/I', T₂') des Paares dem gleichen Leitfähigkeitstyp angehören und die Motoranschlußklemmen über ein weiteres Paar von antiparallel geschalteten ersten Dioden (D₅, De) an die Pole (1,2) der Speisebatterie angeschlossen sind.