DE2044671B2

DE2044671B2 - Schaltanordnung zur Konstanthaltung der mittleren Winkelgeschwindigkeit eines kommutatorlosen Gleichstrommotors

Info

Publication number: DE2044671B2
Application number: DE2044671A
Authority: DE
Inventors: Tadao Hotta; Yutaka Inoue; Toshihiko Ito
Original assignee: AICHI CLOCK AND ELECTRIC IMPLEMENT Manufacturing Co Ltd NAGOYA (JAPAN)
Current assignee: AICHI CLOCK AND ELECTRIC IMPLEMENT Manufacturing Co Ltd NAGOYA (JAPAN)
Priority date: 1969-09-10
Filing date: 1970-09-09
Publication date: 1974-11-14
Also published as: DE2044671C3; US3699415A; DE2044671A1; JPS509202B1

Description

Relativbewegung des beweglichen Teils in der Meßwicklung 4 erzeugte Spannung zugeführt wird, die größer ist als die Triggerspannung, d. h. größer als die Sieuerspannung, welche für einen steilen Anstieg des Ausgangsstroms ausreicht, fließt ein Strom durch die Antriebswicklung 3, so daß die erwähnte Relativbewegung beeinflußt wird.

Parallel zu der Meßwicklung 4 ist eine Reihenschaltung eines Kondensators 10 und einer Diode 11 vorgesehen. Der Anschlußpunkt des Kondensators 10 an die Meßwicklung 4 ist über einen Widerstand 8 an die Basis des Transistors 1 geführt. Der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 10 und der Diode 11 liegt an der Basis eines Steuertransistors 6, dessen Kollektor mit der Basis des Leistungstransistors 1 und dessen Emitter mit dem Emitter des Leistungstransistors 1 und gleichzeitig mit dem zweiten Anschluß der Diode 11 sowie dem zweiten Anschluß der Meßwicklung 4 verbunden ist Der Steuertransistor 6 bildet eine Vorstufe für den Leistungstransistor 1.

Durch die Relativbewegung des beweglichen Teils wird in der Meßwicklung eine Spannung wechselnder Polarität erzeugt, wie sie in F i g. 1 a dargestellt ist. Die Diode 11 ist so geschaltet, daß durch die negative Halbwelle der in der Meßwicklung 4 erzeugten Spannung, welche für die Vorstufe in Form des Steuertransistors 6 unwirksam ist, der Kondensator 10 geladen wird. Hierdurch ergibt sich eine Spannung am Kondensator, wie sie in F i g. 11> dargestellt ist. Während der positiven Halbwelle der in der Meßwicklung 4 erzeugten Spannung wird der Vorstufe die Summe der positiven Halbwelle und der Kondensatorspannung zugeführt. Die der Vorstufe zugeführte Spannung ist in Fig. Ic dargestellt. Diese Spannungskurve entspricht also der Summe der Kondensatorspannung und der positiven Halbwellen der in der Meßwicklung 4 erzeugten Spannung. Die der Vorstufe zugeführte Spannung ist dabei annähernd proportional der Relativgeschwindigkeit des beweglichen Teils in bezug auf die Meßwicklung 4. Durch diese Schaltung ist eine Meßwicklung 4 verwendbar, welche als solche nur eine geringe Spannung erzeugt.

Bei der in F i g. 2 dargestellten Schaltung wird also der Kondensator 10 während der in für die Vorstufe unwirksamer Richtung anliegenden Spannungshalbwelle geladen. Die gespeicherte elektrische Ladung wird während der in für die Vorstufe wirksamer Richtung anliegenden Spannungshalbwelle entladen, so daß die gesamte der Vorstufe zugeführte Spannung erhöht wird.

Ergänzend ist zu bemerken, daß der Widerstand 8 beispielsweise durch den Innenwiderstand der Schaltung dargestellt sein kann

In der in F i g. 3 dargestellten Schaltanordnung ist statt des Steuertransistors 6 eine Steuerdiode 6' zwischen den Verbindungspunkt zwischen Kondensator 10 und Diode 11 und die Basis des Leistungstransistors 1 geschaltet. Die Diode 11 liegt mit ihrem zweiten Anschluß an dem Widerstand 8, der seinerseits wieder an der Basis des Leistungstransistors 1 angeschlossen ist.

Die Wirkungsweise der Schaltanordnung der F i g. 3 ist ähnlich der im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschriebenen Wirkungsweise. Die Steuerdiode 6' arbeitet hier als Vorstufe für den Leistungstransistor 1. Auch hier wird während der negativen Haibwelle der durch die Meßwicklung 4 erzeugten Spannung der Kondensator 10 geladen, und die Spannung am Kondensator wird dann zu der positiven Halbwelle der in der Meßwicklung 4 erzeugten Spannung addiert. Hierdurch steht an der Vorstufe wieder eine der Relativgeschwindigkeit zwischen dem beweglichen Teil und der MeSwicklung 4 annähernd proportionale, gegenüber der in der Meßwicklung 4 erzeugten Spannung verstärkte Spannung zur Verfügung.

Die drehzahlstabilisierende Wirkung der Schaltanordnungen nach den F i g. 2 und 3 wird auf folgende Weise erreicht Die Meßwicklung 4 gibt eine der Relativgeschwindigkeit zwischen dem beweglichen Teil und der Meßwicklung 4 proportionale Spannung ab. Mit dieser Spannung wird die Vorstufe in Form des Steuertransistors 6 oder der Steuerdiode 6' angesteuert. Eine vergrößerte Spannung im Eingang der Vorstufe entsprechend einer vergrößerten Relativgeschwindigkeit führt zu einem vergrößerten Strom in dem Widerstand 8. Hierdurch steigt, wenn die Relativgeschwindigkeit über einem vorgegebenen Wert liegt, der Spannungsabfall an dem Widerstand an, so daß die Eingangsspannung des Leistungstransistors 1 unter die Triggerspannung absinkt und der Strom im Ausgang des Leistungstransistors 1 ebenfalls schnell absinkt. Hierdurch geht der Strom in der Antriebswicklung 3 zurück, und die Relativgeschwindigkeit des beweglichen Teils gegenüber der Meßwicklung 4 und der Antriebswicklung 3 wird auf den Sollwert zurückgeführt. Bei einem Absinken der Relativgeschwindigkeit unter einem vorgegebenen Wert ergibt sich ein Vorgang in genau umgekehrter Richtung, so daß die Relativgeschwindigkeit wiederum auf ihren Sollwert zurückgeführt wird.

Bei entsprechender Auslegung der Schaltanordnungen der F i g. 2 und 3 wird die Relativbewegung des beweglichen Teils auf den vorgegebenen Wert zurückgeführt, wenn die Summe der induzierten Spannung der Meßwicklung 4 und die Klemmenspannung des Kondensators 10 die Triggerspannung der Vorstufe überschreitet, wobei jedoch ein Teil der Ladung über die Diode 11 während der kurzen Zeitdauer von der Ladung des Kondensators 10 bis zu seiner Entladung abfließt und die Klemmenspannung des Kondensators 10 allmählich entsprechend der ausgezogenen Linie in Fig. Ib zurückgeht. Die Klemmenspannung des Kondensators 10 geht jedoch entsprechend der gestrichelten Linie in F i g. 1 b zurück, wenn der Ableitwiderstand der Diode 11 mit steigender Temperatur kleiner wird, so daß die Eingangsklemmenspannung der Vorstufe gemäß der gestrichelten Linie in F i g. 1 c verringert wird. Hierdurch wird auch die Zeit bis zum Erreichen der Triggerspannung der Vorstufe verringert, und die Geschwindigkeit der Relativbewegung steigt infolge der verringerten Zeit der Stromführung der Antriebswicklung 3. Ein gewisser Nachteil besteht somit darin, daß man zwar die Winkelgeschwindigkeit bei Spannungsänderungen der Spannungsquelle oder Belastungsänderungen konstant halten kann, daß jedoch bei Temperaturschwankungen ein Betrieb mit konstanter mittlerer Winkelgeschwindigkeit nicht mehr ausreichend gewährleistet ist.

Zur Vermeidung dieses Nachteils ist, wie in F i g. 4 gezeigt, ein Temperaturkompensationswiderstand 13 oder 13', dessen Widerstandswert r im Vergleich zu dem Ableitwiderstand R der Diode 11 relativ klein

5 6

ist, parallel zu dem Kondensator 10 oder der Diode Die Kurven b und d in F i g. 5 zeigen, den Unter-

11 vorgesehen. Bei Vernachlässigung des Widerstan- schied der Klemmenspannung des Kondensators 10 des der Meßwicklung 4 und der Ableitung durch den für die Fälle, in denen ein Temperaturkompensations-Eingangswiderstand der Vorstufe ist die elektrische widerstand 13 oder 13' vorhanden ist oder nicht. Die Ableitung durch Widerstandskompensation des Kon- 5 gestrichelte Linie gilt für den Fall höherer Temperadensators 10 gleich R, wenn keis Temperaturkom- tür. In diesen Fällen bewirkt der Temperaturkompenpensationswiderstand 13 oder 13' vorhanden ist, und sctionswiderstand 13 oder 13' eine elektrische Entladung des Kondensators 10. Da die der Vorstufe zu-

1 _ ^^r geführte Spannung, welche die verstärkte Spannung

I I _r' -j- _r' ' _lo der in der Meßwicklung 4 erzeugten Spannung ist,

~' "I kleiner als die Triggerspannung der Vorstufe sein

^r wird, wenn die Spannung des Kondensators 10 gemäß

wenn ein Temperaturkompensationswiderstand 13 Kurve d klein bleibt, wird der Ausgangsstrom des

oder 13' vorhanden ist. Die Änderung von Leistungstransistors 1 nicht gesteuert werden. Die Ge-

15 schwindigkeit der Relativbewegung wird somit an-

Rr steigen und wird bei einer bestimmten höheren Ge-

jj 1 _r schwindigkeic stabilisiert werden, so daß eine Neuein

stellung etwa durch Vergrößerung des Widerstandes 8

wird selbst dann gering sein, wenn sich R durch oder durch höhere Einstellung der erzeugten Span-Temperaturschwankungen ändert, und sie wird gleich ao nung in der Meßwicklung erforderlich wird.

Die Erfindung ermöglicht einen Betrieb mit kon-

Rr _ stanter mittlerer Winkelgeschwindigkeit auch für eine

U 1 _r ^r kleine Antriebseinheit, deren in der Meßwicklung er

zeugte Spannung klein ist. Die Verwendung eines

werden, wenn r ausreichend klein gegen R ist, so daß 95 kleinen, drehzahlkonstanten kollektorlosen Gleichpraktisch keine Abhängigkeit von Temperaturände- Strommotors zum Antrieb eines Schwungradvibrators rangen besteht. kleiner Größe ist dadurch möglich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

ι 2 einer Antriebseinheit mit Schwungrad schwierig ist, Patentansprüche: eine ausreichend hohe Steuerspannung für die Vorstufe zu erhalten, wenn die Windungszahl einer für

1. Schaltanordnung zur Konstanthaltung der die Steuerung der Vorstufe verwendeten Meßwickmitüeren Winkelgeschwindigkeit eines korn- 5 lung infolge von Platzbeschränkungen nicht vermutatorlosen Gleichstrommotors, bestehend aus größen werden kann.

einer Meßwicklung, in der durch den Rotor des Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Schalt-Gleichstrommotors ein von dessen Winkel- anordnung zu schaffen, welche bei kleinen Antriebsgeschwindigkeit abhängiges Wechselstromsignal einheiten mit kommutatorlosem Gleichstrommotor induzierbar ist, und aus einer Antriebswicklung, io und mit geringer Ausgangsspannung einer für die die durch einen von den positiven Halbwellen Steuerung der Vorstufe verwendeten Meßwicklung des Wechselstromsignals über eine Vorstufe eine einwandfreie Konstanthaltung der mittleren gesteuerten Leistungstransistor an eine Gleich- Winkelgeschwindigkeit sicher gewährleistet
stromquelle schaltbar ist, dadurch gekenn- Diese Aufgabe wird bei einer Schaltanordnung der zeichnet, daß zwischen der Meßwicklung (4) 15 eingangs genannten Art gemäß der Erfindung da- und der den Leistungstransistor (1) steuernden durch gelöst, daß zwischen der Meßwicklung und Vorstufe die Reihenschaltung eines Konden- der den Leistungstransistor steuernden Vorstufe die sators (10) und einer Diode (11) derart ange- Reihenschaltung eines Kondensators und einer Diode ordnet ist, daß die negative Halbwelle des derart angeordnet ist, daß die negative Halbwelle Wechselstromsignals den Kondensator auflädt 20 des Wechselstromsignals den Kondensator auflädt und der Vorstufe die Summe der positiven Halb- und der Vorstufe die Summe der positiven Halbwelle des Wechselstromsignals und der Span- welle des Wechselstromsignals und der Spannung nung des Kondensators zuführbar ist. des Kondensators zuführbar ist.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch Zweckmäßig ist parallel zu dem Kondensator oder gekennzeichnet, daß parallel zu dem Konden- »5 de? Diode jeweils ein Temperaturkompensationssator (10) oder der Diode (11) jeweils ein Tem- widerstand vorgesehen. Die Vorstufe kann in an peraturkompensationswiderstand (13, 130 ^vor" ^£i^cn bekannter Weise aus einem Steuertransistor begesehen ist. stehen, dessen Kollektor mit der Basis des Lei-

3. Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 2, stungstransistors verbunden ist.

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorstufe aus 30 Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird der

einem Steuertransistor (6) besteht, dessen KoI- Kondensator während der Zeit geladen, während

lektor mit der Basis des Leistungstransistors (1) welcher keine Eingangsspannung aufsteuernder Po-

verbunden ist. larität an der Vorstufe liegt, und er wird entladen,

wenn eine Spannung in umgekehrter, also auf-

35 steuernder Polarität an der Vorstufe liegt. An der

Vorstufe liegt dann die Summe der Kondensator-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanord- spannung und der in der Meßwicklung induzierten nung zur Konstanthaltung der mittleren Winkel- Spannung, welche sich proportional der Winkelgeschwindigkeit eines kommutatorlcsen Gleich- geschwindigkeit des Rotors des Gleichstrommotors strommotors, bestehend aus einer Meßwicklung, in ₄₀ ändert. Die erfindungsgemäße Schaltanordnung ist der durch den Rotor des Gleichstrommotors ein also für die Verwendung einer Meßwicklung mit von dessen Winkelgeschwindigkeit abhängiges kleiner Spannungsabgabe gut geeignet.
Wechselstromsignal induzierbar ist, und aus einer Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Antriebswicklung, die durch einen von den positiven Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden Halbwellen des Wechselstromsignals über eine Vor- 45 näher beschrieben.

stufe gesteuerten Leistungstransistor an eine Gleich- Fig ' ■> Ib und Ic zeigen eine zeitliche Darstromquelle schaltbar ist. stellung v-vi Spannungen an verschiedenen Punkten

Eine derartige Schaltanordnung zur Drehzahl- der <:rf^L t> ^gemäßen Anordnung, wobei in Fig. la

konstanthaltung eines kommutatorlosen Gleich- du· \-,>e- ~\> an der Meßwicklung, in Fig. Ib die

strommotors ist aus der DT-AS 1244283 bekannt. 50 Span, .ί ηή Kondensator und in Fig. Ic die der

Bei dieser bekannten Schaltanordnung bilden Kon- Vorstute zugeführte Spannung gezeigt ist;

densatoren mit Dioden und Widerständen Detektor- Fig. 2 bis 4 sind Schaltbilder für verschiedene

kreise vor den Vorstufen. Eine Erhöhung der Steuer- Ausführungsbeispiele der Erfindung, und

spannung der Vorstufen erfolgt durch diese Konden- F i g. 5 zeigt eine andere graphische Darstellung

satoren jedoch nicht. ₅₅ der Kondensatorspannung.

Es ist weiterhin bekannt, bei einem kontaktlosen Die F i g. 2 zeigt den Aufbau einer Schaltanord-Antriebs- und Steuersystem für ein zeithaltendes nung zur Konstanthaltung der mittleren Winkelelektrisches Gerät, insbesondere eine Uhr. einen geschwindigkeit eines kommutatorlosen Gleichstrom-Kondensator in Reihe mit einer Meßwicklung und motors, der z. B. einen Schwungradvibrator antreibt, einer Gleichstromquelle in den Steuerkreis eines 60 Darin sind eine Gleichstromquelle 2 und eine AnTransistors zu schalten, so daß dieser Kondensator triebswicklung 3 im Ausgangskreis eines Leistungsdurch seine Kapazität die Steuerimpulse beeinflußt transistors 1, eine Meßwicklung 4, als welche auch (DT-AS 1074 506). Von der Bemessung dieses Kon- die Antriebswicklung 3 ganz oder teilweise verwendensators hängt die Dauer und die Amplitude der det werden kann, im Eingangskreis des Leistungsscharfen und zeitlich präzisen Antriebsimpulse ab. 65 transistors 1 und ein nicht gezeigtes, relativ zur An-Eine Vorstufe ist dabei nicht vorgesehen. triebswicklung 2 und der Meßwicklung 4 drehbeweg-

Bekannte Schaltanordnungen der vorgenannten liches Teil vorgesehen. Wenn der Basis-Emitter-Art haben den Nachteil, daß es beispielsweise bei Strecke des Leistungstransistors 1 eine durch die