DE2116177C3 - Anordnung zur Kommutierung eines drehzahlgeregelten eine DrehzahlmeUanordnung aufweisenden kollektorlosen Gleichstrommotors mit einem Permanentmagnetläufer und einem Ständerwicklungen aufweisenden Ständer - Google Patents

Description

Aus der FR-PS 13 94 893 ist ein digital gesteuerter Gleichstrommotor bekanntgeworden, bei dem zur Drehzahlregelung eine Impulsfolge erzeugt wird, deren Folgefrequenz der Drehzahl des Motorankers proportional ist. Weiterhin dient eine von der iMotordrehzahl 5 und vom Motorfeld unabhängige Impulsfolge zur Steuerung der Kommutierung des Motors. Durch Vergleich dieser beiden Impulsfolgen wird ein Regelsignal erzeugt, durch das die Kommutierung nachregelbar ist. Da eine der Impulsfolgen unabhängig von der Motor- iü drehzahl ist, kann die Kommutierung nicht exakt phasengerecht erfolgen.

Es ist weiterhin aus der US-PS 32 81 629 ein Regelsystem zur Erregung der Ständerwicklungsabschnitte eines Kollektorlosen Gleichstrommotors bekannt, bei dem zur Kommutierung photoelektrische Zellen. Hallgeneratoren oder andere magnetische Positionsdetektoren verwendet werden können. Ein derartiger Detektor ist als Differentialtransformator ausgebildet, der mit einem auf der Rotorwelle des Motors skzenden zylindrischen Elemem aus Weicheisen zusammenarbeitet. Dieses zylindrische Element ist auf einem Teil seines Umfangs stufenförmig ausgeschnitten, so daß sich das Übersetzungsverhältnis des Differentialtransformators ändert, je nach dem ob der breitere oder der schmalere Teil des zylindrischen Elementes über diesem Transformator steht. Die daraus gewonnenen Signale dienen zur Kommutierung des Motors. Es ist klar, daß eine derartige Maßnahme fertigungstechnisch einen großen Aufwand darstellt, da der stufenförmige Umfangsanschnitt des zylindrischen Elementes mechanisch sehr genau gearbeitet sein muß, zumal wenn die Kommutierung drehzahl- und phasengenau erfolgen soll.

Schließlich ist es bei kommutatorlosen Gleichstrommaschinen für größere Leistungen bekannt (Siemens- M Zeitschriften 41,1967, Heft 10, S. 830 bis 836 und 43,1969, Heft 8, S. 686 bis 690), in Stromrichtersätzen zusammengefaßte Thyristoren zu Kommutierungszwecken mittels Hallsonden aufeinanderfolgend zu steuern. Die Hallsonden tasten hiei"bei magnetisierte Bereiche von mit der Motorwelle gekuppelten Steuerscheiben ab. Sie dienen der kontaktlosen Erfassung der Polradstellung und sollen eine von der Polradstellung abhängige Steuerung der Stromrichter ermöglichen. Beim Motor der letztgenannten Druckschrift ist darüber hinaus eine Schaltung zur Drehzahlregelung vorgesehen, deren Istwertgeber eine weitere Steuerscheibe mit magnetisierten, mittels einer weiteren Hallsonde abtastbaren Bereichen aufweist. Die somit erzeugten Drehzahlistwertimpulse dienen aber nicht einer exakten phasengenauen Kommutierung.

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kommutierungsanordnung für einen kollektorlosen Gleichstrommotor der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Motor exakt phasengerecht kommutiert wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der ein- ss gangs genannten, z.B. aus der DT-AS 14 88 72b bekannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an den Permanentmagnetläufer die Drehzahlmeßanordnung angekuppelt ist und bei jeder Umdrehung des Permanentmagnetläufers eine Folge von Impulsen ab- '> <) gibt, deren Anzahl gleich der Anzahl der .Ständerwicklungsabschnitte ist, daß an die Hallgeneraloren und an die Dreh/.ahlmcßanordnung eine digitale Dreh/ahlsignal-Vcrarbcitungsschaltung angeschlossen ist, die im Takt der von der Drchzahlmcßanordnung abgegebe- "1 neu Impulse aus den Ausgangssignalen der Hallgcncratoren eine Folge von Kommuiierungs-Steuerimpulsen pro Umdrehung des Permanentmagnolläufers für die Kommutierungsschalter erzeugt.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Weist gemäß dem Anspruch 4 die Drehzahimeßan-Ordnung eine auf der Welle des Permanentmagnetläufers sitzende Scheibe auf, so können auf dieser in ir.it den Winkelabständen der Siänderwicklungen übereinstimmenden Winkelabständen Markierungen vorgesehen sein, auf die ein in bezu? auf die Scheibe stationär angeordneter Abnahmekopf anspricht. Ein derartiges System aus Markierungen und Abnahmekopf ist aus der US-PS 27 80 668 an sich bekannt.

In Verbindung mit der erfindungsgemäßen Anordnung können auch Servooperationen durchgeführt werden, wie beispielsweise in der DT-PS 21 16 191 vorgeschlagen ist. Derartige Servooperationen sind jedoch unabhängig vom eigentlichen Kommutierungsvorgang beim Motor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Bandtransports und ein elektrisches Blockschaltbild eines Servosystems, für das die erfindungsgemäße Kommutierungsanordnung verwendbar ist,

F i g. 2 eine schematische Darstellung des Motors und der Kommutierungsanordnung.

F i g. 3 ein Schaltbild des in der Anordnung nach F i g. 2 verwendeten Hallsignal-Dekoders,

Fig. 4 ein Schaltbild des in der Anordnung nach F i g. 2 verwendeten Schieberegisters, und

F i g. 5 ein Signaldiagramm mit gemeinsamer Zeitbasis von verschiedenen in den Schaltungen nach F i g. 1 bis 4 auftretenden elektrischen Signalen.

Gemäß F i g. I ist für einen Magnetbandtransport ein Motor 10 vorgesehen, der eine mit mehreren Wandlern 12, H, 14 und 15 versehene Wandleranordnung It antreibt. Diese Wandleranordnung tastet ein Magnetband 17 quer ab. Der Motor 10 ist ein bürstenloser Gleichstrommotor, bei dem die Kommutierung zur Erregung der Ständerwicklungen extern außerhalb des Motorgehäuses durch eine Kommutierungsanordnung vorgenommen wird, welche gemäß F i g. 1 durch eine Dreh-/ahlsignal-Verarbeitungsschaltung 20 und eine Motorantriebsschaltung 25 gebildet wird. Die Schaltungen 20 und 25 und der Motor 10 arbeiten in einem Rückkopplungs- und Servokreis zusammen, um die Drehzahl und den Phasenwinkel der Anordnung 11 genau zu regeln. Damit wird es möglich, dall die Wandler 12 bis 15 breitbandige Signale zunächst in aufeinanderfolgenden Querspuren auf dem Band aufzeichnen und danach wiedergeben. Derartige Spuren sind beispielsweise die Spuren 21, 22, 2} und 24. Der Längsabstand der Spuren 21 bis 24 ergibt sich aus der Längsbewegung des Bandes 17, welche durch die servogeregelte Rotation einer bandantreibenden Welle 18 hervorgerufen wird.

Das Band 17 wird in seiner Längsrichtung mittels der Bandantriebswelle 18 an der rotierenden Wandleranordnung 11 vorbeigefiihrt. Die Bandantriebswelle 18 wird dabei von einer Bandantriebs-Servoschaltung 34, einer Bildeinstell-Regelschaltuiig 28 und einer Betriebsart Regelschaltung 108 betätigt. Die verschiedenen Servoregel-Betriebsarten werden von einer Regelspur 19 auf dem Band unterstüi/.t. in der gleichzeitig mit der Aufzeichnung des breitbandigen Signals in den Querspuren 21 bis 24 ein Regelsignal aufgezeichnet wird. Dieses Regelsignal wird durch einen Wandler 26 und einen Wiedergabeverstärker 27 zurückgewonnen. Das Breitbandsignal wird durch die die Querspuren aufein-

anderfolgend abtastenden Wandler 12 bis 15 wiedergegeben, wobei eine Schalt- und Demodulatoranordnung 71 die wiedergegebenen Signale kombiniert und demoduliert, da sie in frequenzmoduliertcr Form aufgc/cichnet wurden. Das wiedergegebene Brcitbandsignal, das s im vorliegenden Fall ein Videosignal ist, kann daher am Ausgang der Anordnung 71 abgenommen werden. Eine Vertikalsynchronsignal-Abtrennstufe 72 trennt die Vertikalsynchronimpulse aus dem wiedergegebenen Signal ab, so daß sie für bestimmte andere Signalregelvorgän- ,_o ge des Transportsystems verwendbar sind.

In Fig. 2 sind die wesentlichen Merkmale des Motors 10 und der Schaltungen 20 und 25 im einzelnen dargestellt. Der Motor 10 wird dabei aus einem zweipoligen Permanentmagnetrotor 134 gebildet, der rela- ,₅ tiv zu einem Stator 136 rotiert, der mit Ständerwicklungen 137 versehen ist. Der Rotor 134 erzeugt auf diese Weise ein rotierendes Magnetfeld, das die Windungen der Wicklungen 137 schneidet. Werden diese Wicklungen in geeigneter Weise erregt, so wird dadurch eine Drehkraft auf den Permanenlmagnetroior ausgeübt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfassen die Ständerwicklungen 137 acht Abschnitte 141 bis 148. welche um die Rotationsachse des Rotors 134 mit Umfangsabstand im Ständer 136 angeordnet sind. Um die Darstellung zu vereinfachen, sind die Abschnitte der Ständerwicklungen 137 lediglich auf der linken Seite des Ständers 136 und des Rotors 134 dargestellt. Bei dem hier in Rede stehenden bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Ständerwicklungen 137 fest angeord- net, während der Permanentmagnet relativ dazu rotiert. Um Signale mit der richtigen Phasenlage zur zcitiichen Erregung der Wicklungsabschnitte 141 bis 148 zu erzeugen, werden zwei Arten von Winkelslellungssignalen erzeugt, weiche die Phase bzw. die Rotationsposition des vom Rotor 134 ausgehenden Magnetfeldes repräsentieren. Eine Folge von Winkelstellungssignalen wird durch ein Paar Hallgeneratoren 151 und 152 erzeugt, welche derart am Gehäuse 136 montiert sind. daß sie sich in einer festen Stellung in bezug auf die Ständerwicklungen 137 und im Einflußbereich des vom Rotor 134 erzeugten rotierenden Magnetfeldes befinden. Darüber hinaus sind die Hallgeneratoren 151 und 152 relativ zur Rotationsachse des Rotors 134 in einem Abstand von 90° angeordnet. Auf diese Weise erzeugen sie je eine Spannung, deren Polarität und Größe proportional zur Richtung und Intensität des auf sie einwirkenden Magnetfeldes ist. Die Verwendung von Hallgeneratoren zur Messung der Intensität oder Inlensitälsänderung eines Magnetfeldes ist an sich be- s« kannt, so daß hier zum grundsätzlichen Aufbau und zur grundsätzlichen Wirkungsweise derartiger Elemente keine näheren Ausführungen gemacht werden. Auf Grund der Anordnung der Hallgeneratoren 151 und 152 in einem Abstand von 90° bestehen die über Leitungen 153 und 154 zur Schaltung 20 gelieferten Signale aus einem Paar von um 90° phasenverschobenen sinusförmigen Spannungen, wie sie in F i g. 5 dargestellt sind. Wie im folgenden noch genauer erläutert wird, werden die von den Hallgeneratoren erzeugten sinus- (« förmigen Signale zur Erzeugung von Schaltsignalen dekodiert, welche dann eine Grobidendifikation der Winkelstellung des Rotors 134 darstellen.

Zusätzlich zu den von den Hallgcneratoren erzeugten Signalen wird eine weitere Folge von Winkclstel- <* lungssignalcn erzeugt. Diese werden durch von einer Drehzahlmeßanordnung 156 gelieferte Impulse geliefert. Die Drch/ahlmeßnnordniinp 156 ist am Motor 10 montiert, wie dies schematisch in F i g. 1 dargestellt ist. Durch eine mechanische Verbindung, welche in Ii g. 2 in Form einer gestrichelten Linie 157 dargestellt ist. rotiert eine einen Teil der Drehzahlmeßanordnung 156 bildende Drchzahlmeßscheibc 158 zusammen mit dem Rotor 134. Diese Scheibe 158 trägt mehrere — im vorliegenden Falle acht — am Umfang in gleichem Absland angeordnete Markierungen 159. Diese Markierungen 159 können beispielsweise in Form von fcnoniagnetischcn Streifen ausgebildet sein, deren Relativbewegung in bezug auf einen magnetischen Abnahmekopf 161 jeweils einen elektrischen Impuls erzeugt, welcher über eine Leitung 162 auf die Schaltung 20 gegeben wird. Die Drehzahlmeßanordnung 156 kann aber auch durch eine andere äquivalente Anordnung gebildet werden, die eine vorgegebene Anzahl von relativ scharf definierten elektrischen Impulsen liefert. Die Anzahl der pro Umdrehung des Rotors 134 erzeugten Impulse ist gleich der Anzahl der Ständerwicklungsabschnitte 141 bis 148. Im vorliegenden Falle handelt es sich dabei also um acht Impulse.

Die auf den Leitungen 153, 154 und 162 geführten, die Winkelstellung anzeigenden Signale, werden auf die Schaltung 20 gegeben, welche auf die in diesen Signalen enthaltene Zeitinformation anspricht und Kommutierungssignale mit richtiger Phasenlage zur sequentiellen Erregung der Ständcrwicklungsabschnittc 141 bis 148 erzeugt. Die um 90" phasenverschobenen sinusförmigen Signale auf den Leitungen 153 und 154 werden auf einen in den F i g. 2 und 3 dargestellten Hallsignal-Dekoder 166 gegeben. Dieser Dekoder 166 liefert eine Folge von acht Schaltsignalen mit diskreten Werten, welche zusammen die Winkelstellung der Pole des Rotors 134 in einem Bereich von + 22''j^c der tatsächlichen Winkelstellung identifizieren. Zu diesem Zweck enthält der Dekoder 166 getrennte Verstärker 167 und 168. deren Eingänge die relativ schwachen Hallspannungen auf den Leitungen 153 und 154 aufnehmen. Nach der Verstärkung werden die Hallsignale mittels Invertern 171 und 172, welche jeweils in Serie zum Ausgang der Verstärker 167 und 168 geschaltet sind, in entgegengesetzte Phasenkomponenten (180° gegeneinander verschoben) aufgespalten. Daher erscheinen an Punkten 173,174, 175 und 176 vier getrennte Signale, wobei die Signale an den Punkten 175 und 176 gcgenphasig zueinander und in bezug auf die gegcnphasigen Signale an den Punkter 173 und 174 um 90" phasenverschoben sind, leweils eines der Signale wird sodann auf eine von vier Spannungsvergleichsstufen 177, 178, 179 und 180 gegeben, welche eine positive Abweichung des entsprechenden Eingangssignals von einer Schwellspannung anzeigen. Bei dieser Schwellspannung handelt es sich im vorliegenden Fall um den Wert + Vc, welcher auf die verbleibende Eingangsklemme der jeweiligen Vergleichsstufe 177 bis 180 gegeben wird.

Die Spannungsvergleichsstufen 177 bis 180 sind im wesentlichen sättigbare Verstärker, deren Ausgangsspannungen so lange einen diskreten Wert annehmen, wie die Eingangsspannungen an den Punkten 173 bis 176 kleiner als + Vc bleiben. Übersteigt das Eingangssignal den Wert +Vf, so erscheint am Ausgang der entsprechenden Spannungsvergleichsstufc ein zweiter diskreter Spannungswert. Um eine Signalinformation zu erzeugen, welche einer Winkelstellung des Rotors 134 in einem Bereich von ± 22'/2ⁿ entspricht, wird die Bezugsspannung +Vr so gewählt, daß die entsprechenden .Spanniinpsvcrjilcichsstiifcn /11 einem Zeitpunkt

schallen, welcher im wesentlichen in der Mitte zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen von der Drehzahlmeßanordnung 156 liegen. Im vorliegenden Falle ist die Spannung + Vc auf etwa Vj der Amplitude der sinusförmigen Hallsignale an den Eingängen der Vorgleiehsstufcn eingestellt. Dies führt dazu, daß die Ausgänge der Vcrglcichsstufen 177 bis 180 nur in einem Bereich jeder positiven Halbwolle ihres zugehörigen Eingangssignals umschalten, wobei die Vorder- und Hintcrflanken dieser Signale grob ± 67'/?" Winkclgraden auf jeder Seite der Spitzenampliludc entsprechen. F i g. 5 zeigt den Phasenzusammenhang zwischen den sinusförmigen Hallsignalcn und den daraus erzeugten dekodierten Sehaltsignalen. Die Amplituden der sinusförmigen Hallsignale nach F i g. 5 entsprechen der rclativen Signalamplituden an den Punkten 173 bis 176.

Die an den Ausgängen der Spannungsverglcichsstufen 177 bis 180 verfügbaren vier Signale werden mittels eines Satzes von vier elektrischen Gattern 186, 187, 188 und 189 in acht Schaltsignale mit jeweils definierter Phase aufgeteilt. Zur Erzeugung dieser weiteren Phasenteilung der Schaltsignale sind die Eingänge der genannten elektrischen Gatter in der in F i g. 3 dargestellten Weise verschaltet. Die an Ausgängen 191 bis 198 des Dekoders 166 nach F i g. 3 verfügbaren acht Signa-Ie sind in F i g. 5 dargestellt.

Aus F i g. 5 ist zu ersehen, daß die an den Ausgängen des Dekoders 166 verfügbaren Schaltsignalc die Augenblickswinkelstellung der Pole des Rotors 134 in einem Bereich von ± 22'/2° seiner tatsächlichen Winkelstellung in bezug auf die Anordnung der Hallgeneratoren 151 und 152 und damit in bezug auf die Lage der Ständerwicklungen 137 identifizieren. Wie F i g. 2 zeigt, werden die an den Ausgängen 191 bis 198 verfügbaren Schaltsignale vom Dekoder 166 über eine Verbindung 199 auf ein Schieberegister 201 gegeben. Gleichzeitig wird die vom Abnahmekopf 161 über die Leitung 162 auf die Schaltung 20 gegebene Folge von Drehzahlimpulsen durch einen Impulsformer 202 geformt und danach über eine Leitung 203 auf das Schieberegister 201 gegeben. Die durch den Impulsformer 202 durchgeführte Impulsformung ist ebenfalls aus F i g. 5 ersichtlich.

Das Schieberegister 201 korreliert die Zeittaktinformation, welche durch die auf der Leitung 199 verfügbaren dekodierten Hallsignale und die auf der Leitung 203 verfügbaren Drehzahlimpulse gegeben ist, und erzeugt in Abhängigkeit davon eine Folge von phasenbezogenen Schaltsignalen. Jedes dieser Signale besitzt eine Periode, welche einer vollen Umdrehung des Rotors 134 entspricht, und definiert dazu einen bestimmten Phasenzusammenhang. Die Phase dieser Signale wird durch die Hallsignale festgelegt. Die schrittförmigen Übergänge dieser Signale zwischen den Schaltzuständen treten zu Zeitpunkten auf, welche genau durch die Impulsinformation von der Drehzahlmeßanordnung 156 definiert sind. Die dekodierten Hallsignale würden zu weniger präzisen Schallzeiten führen.

Eine in F i g. 4 dargestellte Ausführungsform des Schieberegisters 201 enthält vier, mit ihren verschiedenen Eingängen und Ausgängen zu einem Schieberegister zusammengeschaltete bistabile Multivibratoren 211. 212, 213 und 214. Speziell werden die durch den Dekoder 166 gelieferten Phasenschaltsignale auf die direkten Stelleingänge Sp und die direkten Rückstelleingänge Cn der Multivibratoren 211 bis 214 gegeben, und ⁶S zwar derart, daß die Multivibratoren 211 bis 214 als Funktion jedes gemeinsam auf Takteingänge rgcgebencn Taktimpulses aufeinanderfolgend zu einem Zeitpunkt einmal ihren Schaltzustand ändern, leder Multivibrator 211 bis 214 ändert als Funktion jedes vierten Taklinipulses seinen Schall/.cilpunkt, so dall jeder Multivibrator bei acht Taktimpulsen bzw. einer vollen Umdrehung des Rotors 134 eine volle .Schaltperiode ausführt.

Die dekodierten Hallsignale stellen dabei einen richtigen Phasenbclricb der Multivibratoren 211 bis 214 sicher, wenn diese auf die von der Drch/ahlmcßnnordniing 156 gelieferte kontinuierliche Folge von Taktimpulsen ansprechen. Im Falle eines Schalifchlers bestimmen die auf die direkten Stclleingänge und direkten Riickstellcingänge gegebenen Hallsignale den Schaltzustand der Multivibratoren, so daß die Hallsignale zur kontinuierlichen automatischen Korrektur des augenblicklichen Phascnzustandcs des Schieberegisters 201 dienen. Darüber hinaus bilden die Hallsignalc in der Anlaufphase bei der Drehzahl Null oder bei kleinen Drehzahlen eine genaue Phaseninformaiion für die richtige Kommutierung der Ankerwicklungen, ohne daß beispielsweise eine volle Umdrehung und damit ein voller Ausgangsinipulszyklus der Drehzahlmeßanordnung 156 erforderlich ist. Fs ist an sich möglich, den Motor 10 in bekannter Weise direkt als Funktion der von den Hallgencralorcn gelieferten Kommutierungs-Schaltinformation laufen zu lassen, ohne daß dazu die Dichzahlimpulse erforderlich sind. Während des stationären Laufes ist es jedoch auf Grund der genaueren Regelung durch die voll verarbeiteten Kommulicrungssignalc zweckmäßig, die Drehzahlsignalinformalion auszunutzen.

Die an den »Eins«- und »Null«-Ausgüngen der Multivibratoren 211 bis 214 verfügbaren Signale sind in F i g. 5 dargestellt. Dabei handeil es sich um acht Signale mit einem Phasenabstand von 45" und einer einer vollen Umdrehung des Rotors 134 entsprechenden Schallperiode. Obwohl diese Signale eine ausreichende Zeittaktinformation für die Kommutierung enthalten, eignen sich ihre gleichen Schaltcharakicristikcn nicht für eine kommuticrcndc Erregung der Sländcrwicklungsabschnittc.

Um Kommutierungssignale mit geeigneten »Einwund »Ausw-Schaltcigenschaften zu erzeugen, ist eine in den F i g. 2 und 4 dargestellte Kommutierungs-Dckodierschaltung 221 vorgesehen, in der die Ausgangssignale des Schieberegisters 201 auf bestimmte Eingänge eines Satzes von elektrischen Gattern 222 bis 229 gegeben werden. Durch Dekodierung der Ausgangssignale der Multivibraloren 211 bis 214 in dieser Weise liefern die Gatter 222 bis 229 acht Schaltsignale mit richtiger Phasenlage, welche gemäß F i g. 5 mit 1 bis 8 bezeichnet sind. Im vorliegenden Fall ist es erwünscht, jeden Wicklungsabschnitt 141 bis 148 des Ständers für eine Viertelumdrehung (entsprechend 90") des Rotors 134 zu erregen. Die in F i g. 5 dargestellten Schaltsignale 1 bis 8 führen daher zu einer Abschaltperiode für eine Dreiviertelumdrehung (entsprechend 270") und einer Einschaltperiode, während der der zugehörige Wicklungsabschnitt erregt ist, für eine Vicrtclumdrehung (entsprechend 90°) des Rotors. Darüber hinaus fallen die Vorder- und Hinlerflanken des »Ein«-Intcrvalls jedes der Signale 1 bis 8 mit den scharfen Triggerimpulscn zusammen, welche über die Leitung 203 von der Drehzahlmeßanordnung 156 geliefert werden.

Um die Erregung der Wicklungsabschnitte 141 bis 148 durchzuführen, werden die Kommuticrungsschaltsignale 1 bis 8 von der Kommutierungsdekodier-Schaltung221 über eine Leitung 231 auf den Kommutierungs-

schalter 232 gegeben, welche zur Verbindung mit einem Ende der zugehörigen Wicklungsabschnitte 141 bis 148 acht Ausgangsklemmen 233 bis 240 aufweisen. Die Kommutierungsschaltsignale 1 bis8verbindenjeweilseineder Klemmen 233 bis 240 und den zugehörigen Wicklungsubschnitt während der Einschaltphase mit einem Bezugspunkt 241. Die anderen Enden der Wicklungsabschnitte 141 bis I48sindgemeinsamaneinen Punkt242geschaltet, welcher mit einem Ausgang 243 eines Leistungsverstärkers 244 verbunden ist. Der Ausgang 243 liefert als Funktion eines auf den Leistungsverstärker 244 gegebenen Regeleingangssignals eine geregelte Spannung in bezug auf den Bezugspunkt 241. Das Regeleingangssignal für den Verstärker 244 wird dabei über eine Eingangsleitung 247 geliefert, wobei die Größe der resultierenden Ausgnngsspannung die durch die Stiiiiderwicklung 137 auf den Rotor 134 ausgeübte Drehkraft bestimmt Über die Fingangsleinmg 247 wird die zugeführte Regelspaniiung von einem Summaiionspunkt 51 nach K i g. I abgenommen, an dem als Funktion der Alisgangssignale von verschiedenen, den Motor 10 regelnden Riickkopplungsschleiien eine resultierende Regelspannung entsteht. Die Rückkoppkingssehleifen setzen sich dabei aus einer Drehzahlrückkopplungsschaltung 52, einer Phasenvergleichsschaltung 44 und einer Phasenkorrekturschaltung 43 zusammen.

Für eine richtige Funktion müssen die llallgenerato-IcIi 151 und 152 so angeordnet sein, daß ihre Ausgangssignale die Augeiiblicksbeziehung des rotierenden Magnetfeldes in bezug auf die Siündcrwicklung 137 angeben. Speziell wird zunächst einer der I !«(!!generatoren im Zentrum der Wicklungs\erteilung eines willkürlich gewählten Heziigswieklungsabschnittes (einer der Abschnitte 141 bis 148) angeordnet, so daß sein Ausgangssignal durch die positive und negative Spitzenamplitude läuft, wenn der Nord- und der Südpol des Rotors 134 durch das Zentrum des zugehörigen Wick's lungsabschnittes läuft. Danach wird der zweite Hallgenerator um 90" versetzt gegen den ersten Mullgenerator angeordnet, was im vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Lage im Zentrum eines zweiten, gegen den Beztigswicklungsabschnitt versetzten Wicklungsabschnittes entspricht. Die Tachometerseheibe 158 ist in einem festen Winkel relativ zum Rotor 134 angeordnet, so daß auf Grund der Markierungen 159 jedesmal dann ein Drehzahl-Taktimpuls geliefert wird, wenn einer der Pole des Permanentmagnetrotors das Vertei-'5 lungszentrum eines der Wicklungsabschnitte 141 bis 148 kreuzt. Die Wicklungsabschnitte müssen natürlich relativ zum Ikv.ugswieklungsabsehniit korreliert und demgemäß an Kommutierungssehalter mit richtiger Phasenlage angeschlossen sein.

2-0 Die Drehzahlsignal-Verarbeitungssehaltung 20 liefert in vorteilhafter Weise am Ausgang lies Schieberegisters 201 Drehzahlrückkopplungssignale mit acht Phasen zur Verwendung in einem automatischen .Spurauswahlnetzwerk. Die F i g. I und 2 zeigen, daß die am ²S Ausgang des Schieberegisters 201 erzeugten Drehzahlmeßsignale mit acht Phasen über eine Leitung 248 auf das automatische Spi-rauswahlnetzwerk 27 gegeben werden. Die genannten Rückkoppelsignale werden an ilen »Eins«- und »Null«-Ausgangen der Multivibratoren 211 bis 214 nach F i g. 4 erzeugt und besitzen Zeil takt- und Phasencharakterisliken, wie sie in F i g. 5 dargestellt sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüehe:

1. Anordnung zur Kommutierung eines drehzahlgeregelten, eine Drehzahlmeßanordnung aufweisenden, kollektorlosen Gleichsstrommotors mit einem Permanentmagnetläufer und einem Ständerwicklungen aufweisenden Ständer, dessen Ständerströme in Abhängigkeit von der Winkellage des mit dem Permanentmagnetläufer umlaufenden Magnetfelds mit Hilfe von mindestens zwei am Siänderumfang versetzt angeordneten Hallgeneratoren über Kommutierungsschalter steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß an den Permanentmagnetläufer (134) die Drehzahlmeßanordnung (156) angekuppelt ist und bei jeder Umdrehung des Permanentmagnetläufers (134) eine Folge von Impulsen abgibt, deren Anzahl gleich der Anzahl der Ständerwicklungsabschnitte (141 bis 148) ist, daß an die Hallgeneratoren (151, 152) und an die Drehzahlmeßanordnung (156) eine digitale DrehzahJsignal-Verarbeitungsschaltung (20) angeschlossen ist, die im Takt der von der Drehzahlmeßanordnung (156) abgegebenen impulse aus den Ausgangssignalen der Hallgeneratoren (151, 152) eine Folge von Kommutierungs-Steuerimpulsen pro Umdrehung des Permanentmagnetläufers (134) für die Kommutierungsschalter (232) erzeugt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsschaltung (20) einen Hallsignal-Dekoder (166) mit je einer Phasenaufspaltanordnung (171, 173, 174; 172, 175, 176) für je den Hallgenerator (151, 152) aufweist, die das Signal von dem ihr zugeordneten Hallgenerator (151, 152) aufnimmt und aus diesem zwei gegenphasige Signale erzeugt und daß an die Phasenaufspaltanordnung (171, 173, 174; 172, 175, 176) Spannungsvergleichsstufen (177 bis 180) und Gatter (186 bis 189) angeschaltet sind, die als Funktion der gegenphasigen Signale pro Umlauf des Permanentmagnetläufers (134) soviel Schaltsignale abgeben als Ständerwicklungsabschnitte (141 bis 148) vorgesehen sind.

J. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsschaltung (20) ein Schieberegister (201) enthält, das an seinen Takteingängen (Tjdie Impulse der Drehzahlmeßanordnung (156) und an direkten Stell- und Rückstelleingängen Si\ Co) die vom Hallsignal-Dekoder (166) gelieferten Schaltsignale aufnimmt, und an seinen Ausgängen zur Erzeugung der Kommutierungs-Steuerimpulse phasenbezogene Schaltsignale liefert, deren Phasen durch die Schaltsignale vom Hallsignal-Dekoder (166) und deren Vorder- und Hinlerflanken durch die Impulse der Drehzahlmeßanordnung (156) festgelegt sind.

4. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlmeßanordnung ((56) eine auf der Welle des Permanentmagnetläufers (134) sitzende Scheibe (158) aufweist, daß auf der Scheibe (158) in mit den Winkelabständen der Ständerwickliingsabschnitten (141 bis 148) übereinstimmenden Winkelabständen Markierungen (159) vorgesehen sind und daß ein Abnahmekopf (161) in be/ug auf die Scheibe (158) stationär angeordnet ist, welcher auf die Markierungen (159) anspricht.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Kommutierung eines drehzahlgeregelten, eine Drehzahlmeßanordnung aufweisenden, kollektorlosen Gleichstrommotors mit einem Permanentmagnetläufer und einem Ständerwicklungen aufweisenden Ständer, dessen Ständerströme in Abhängigkeit von der Winkellage des mit dem Permanentmagnetläufer umlaufenden Magnetfelds mit Hilfe von mindestens zwei am Ständerumfang versetzt angeordneten HaII-generatoren über Kommutierungsschalter steuerbar sind.

Bei elektromechanischen, scrvogeregelten Systemen ist es für viele Anwendungsfälle wünschenswert, die Drehzahl und die Phase eines rotierenden Elementes genau zu regeln. Ein derartiges rotierendes Element findet sich beispielsweise bei einem Magnetbandgerät, das zur Aufnahme und Wiedergabe von breilbandigen Signalen dient. Bei einem derartigen Gerät wird eine magnetische Aufnahme- und Wiedergabekopfanordnung mit hohen Drehzahlen gegenüber einem Magnetband in Rotation versetzt, das seinerseits in Längsrichtung an dieser Anordnung vorbeibewegt wird (USA.-Patentschrift 29 56 114). Die beträchtliche Relativgeschwindigjceit zwischen Kopfanordnung und Band macht es in derartigen Geräten möglich. Videosignale mit Sendequalität auf das Magnetband aufzuzeichnen und wiederzugeben. Da die Geschwindigkeit, mit der die Magnetkopfanordnung bzw. -trommel ein voraufgezeichnetes Videosignal abtastet, die Zeitcharakteristik des wiedergegebenen Videosignals bestimmt, ist ersichtlich, daß es für ein derartiges Transportsystem wesentlich ist, die Drehzahl und die Phase der rotierenden Kopftrommel genau zu regeln. Als Antrieb für eine solche Kopftrommel bieten sich deshalb drehzahlgercgelte kollektorlose Gleichstrommotoren an.

Aus der DT-AS 14 88 726 ist bereits ein solcher Motor bekannt, bei dem in den Zweig der Siänderwicklungsabschnitte jeweils ein elektronischer Schalter in Form eines Transistors eingeschaltet ist. Die Transistoren werden paarweise im Gegentakt von jeweils einem Hallgentrator gesteuert. Die Hallgeneratoren sind um 90° gegeneinander versetzt im Feld eines Permanentmagnetläufers angeordnet, so daß ihre Hallspannungen elektrisch ebenfalls um 90" gegeneinander versetzt sind. Auf diese Weise erfolgt die Kommutierung des Motors.

Zur Drehzahlregelung ist in den Zweig der in Reihe liegenden Steuerstrecken der Hallgeneratoren ein weiterer mit einem Lastwiderstand beschatteter Schalttransistor eingeschaltet. Dieser .Schalttransistor wird mit einem Signal angesteuert, das aus einem Vergleich eines ein Maß für die Soll-Drehzahl und eines ein Maß für die Ist-Drehzahl darstellenden Signals gewonnen wird. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die

S5 Regelung über den genannten .Schalttransistor erst bei Überschreiten einer bestimmten voreingestellten Drehzahl einsetzt. Mit anderen Worten ausgedrückt ist bei dieser bekannten Regeleinrichtung eine drehzahlabhängige Beeinflussung der durch die Hallgeneratoren eingeleiteten Kommutierung ersl oberhalb der vorangestellten Drehzahl möglich.

Ein aus der »Siemens-Zeitschrift« 40 (1966), S. 690 bis 693 bekannter kollektorloser Gleichstrom-Kleinstmotor entspricht hinsichtlich der Kommutierung und

^(l5 Drehzahlregelung dem vorbeschriebenen Kon/ept, so daß auch hier die drch/ahlabhängige lieeinflussung der Kommutierung erst oberhalb einer vorangestellten Drehzahl eintritt.