DE2326796A1

DE2326796A1 - Drehzahlsteuerungsvorrichtung fuer gleichstrommotoren

Info

Publication number: DE2326796A1
Application number: DE2326796A
Authority: DE
Inventors: Hideaki Akima
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1972-05-25
Filing date: 1973-05-25
Publication date: 1973-12-13
Also published as: NL7307135A; FR2185889A1; JPS5320083B2; DE2326796B2; JPS498709A; FR2185889B1; GB1426231A

Description

Priorität: 25. Mai 1972, Nr. Sho 47-52o5o, Japan

Die Erfindung beti-ifft eine Steuervorrichtung für einen Gleichstrommotor für eine Filmkamera zur Regulierung der Energiezufuhr zu dem Motor, der so angeschlossen ist, daß er die Anzahl der Bilder pro Sekunde der* Kamera ändert, wobei die Steuervorrichtung eine Gleichstromquelle, einen Signalgenerator· zum Erzeugen eines Signals proportional zur Drehzahl des Motors, eine Einrichtung zur Zuführung eines Bezugssignals, um die Drehzahl des Motors auf dem gewählten Wert zu halten, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Fehlersignals durch Vergleichen von Signalen aus dem Generator und aus der Zuführeinrichtung und eine Motordrehzahlreguliereinrichtung zum Modulieren des Fehlersignals durch ein Ifellenformsignal aufweist, um ein Impulssignal zum Steuern der Energiezufuhr zum Motor zu erzeugen.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Steuervorrichtung für einen. Gleichstrommotor und insbesondere eine Drehzahlsteuervorrichtung, welche die Anzahl der Umdrehungen eines Gleichstrommotors geringer Größe auf einem vorher festgelegten Wert

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hält und gleichzeitig die vorgeschriebene variierbare .Anzahl der Umdrehungen des Motors steuert.

Für die Drehzahlsteuerung eines Motors wurde bisher in weitem Rahmen eine Anordnung in Form eines mechanischen Reglers verwendet. Dieser mechanische Regler hat jedoch eine Anordnung, die im wesentlichen mechanischer Natur ist, so daß es unvermeidbar ist, daß die Temperatur der sich bewegenden Teile
steigt oder Teile verschleißen. Dadurch entstehen. Schwierigkeiten bezüglich -der Aufrechterhaltung der Genauigkeit der
Drehzahlsteuerung.

Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, hat man vorgeschlagen, Motordrehzahlsteuerungen mit einer elektrischen Steuereinrichtung einzusetzen.

Bei dieser Art von Steuervorrichtung wird im allgemeinen die Drehzahl eines Motors bestimmt. Dieser gemessene Wert wird
elektrisch mit dem Wert der Bezugsdrehzahl verglichen. Auf
diese Weise wird die Treibspannung eines Motors von dem Ausgangssignal dieses Vergleichs gesteuert.

Bei dieser bekannten elektrischen Steuervorrichtung ist das
Verfahren für die Feststellung der Drehzahl eines Motors ein Verfahren, bei welchem ein Tachogenerator und ein Frequenzgenerator verwendet werden, die direkt mit einem Motor verbunden sind. Das Verfahren kann auch darin bestehen, daß die Gegen-EMK eines Motors selbst benutzt wird. Daneben sind noch verschiedene andere Verfahren vorgeschlagen worden. Andererseits hat man' als elektrische Steuerschaltung an der letzten Stufe des Steuervorgangs zum Steuern der Treibspannung eines Motors eine Transistorschaltung mit einer Vielzahl von Steuertransistoren in herkömmlichen Vorrichtungen verwendet. Viele der herkömmlichen Steuervorrichtungen benutzen eine Anordnung, bei welcher die Transistorschaltung in einem halbleitenden

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Zustand wirkt. Die Spannung zwischen einer Energiequelle und einem Motor wird dabei durch Verändern des Innenwiderstandes der Schaltung zum Abfallen gebracht, so daß die Klemmenspannung des Motors abfällt. Der Betrag dieses Spannungsabfalls wird zur Veränderung benutzt, damit der Motor der Laständerung entspricht und folgt. Je größer deshalb ein dynamischer Bereich gegen die Belastungsänderung gemacht wird, desto mehr Energie wird, an den Transistoren als unwirksam verschwendet, die in einem stationären Zustand in Reihe geschaltet sind.

Besonders dann, wenn diese Vorrichtung bei einer Drehzahlsteuerung ti-agbarer kleiner elektrischer Geräte, die eine Batterie oder Batterien verwenden, benutzt wird, beispielsweise für Vorrichtungen, wie Tonbandgeräte, Filmkameras usw., bringt dieser Verlust, was nachstehend noch erläutert wird, große Nachteile im Hinblick auf die Größe einer Batterie oder deren Gewicht mit sich.

Die Erfindung betrifft eine Steuerung, die für die Verwendung bei einer Vorrichtung, wie einer Filmkamera, besonders wirksam ist, insbesondere wenn die Wahl einer Vielzahl von Drehzahlen gefordert wird. Filmkameras werden oft so benutzt, daß die Anzahl der Bilder pro Sekunde eines zu belichtenden Films entsprechend dem Objekt und den Photographierbedingungen geändert werden. Die Filmkamera ist deshalb mit einem Mechanismus versehen, der eine beträchtliche Änderung bezüglich der Bildanzahl eines Films ermöglicht. Wenn eine Änderung der Bildzahl durch Umschalten eines mechanischen Getriebes erfolgt, um den vorstehenden Bedingungen zu genügen, wird der Aufbau des Mechanismus der Vorrichtung kompliziert. Weiterhin erzeugt die Ums challt einrichtung ein starkes Geräusch und die Kosten des Produktes werden sehr hoch. Außerdem ist ein glatter Umschaltvorgang sehr schwierig auszuführen. Dadurch wird die Anzahl der Bilder durch Ändern

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der Drehzahl eines Motors variiert. Bei einem Antriebssystem für die Bilder bzw. den Film einer Kamera wird das Drehmoment nahezu konstant gehalten, unabhängig von der Drehfrequenz eines Motors. Die Anzahl der Bilder einer Kamera kann nur durch Ändern der Rotatxonsfre.quenz eines Motors verändert werden. Wenn ein Motor mit einem konstanten Drehmoment belastet wird, wird der Betrag des elektrischen Stroms dem Motor nahezu konstant zugeführt und die Rotationsfrequenz des Motors proportional zu dessen Klemmenspannung verändert. Gleiches gilt, wenn verschiedene Bildzahlen durch Verwendung einer Spannungsquelle der gleichen Spannung j beispielsweise im Falle einer Batterie, erzielt werden sollen. Da der Wert für den elektrischen Strc"" vr.e vorstehend erwähnt konstant ist, sollte die Spannung eines Motors auf einen Wert abgesenkt werden, bei welchem die Rotationsfrequenz eines Motors entsprechend der Anzahl der Bildzahlen erzielt werden kann. Wenn die Anzahl der Bilder einer Filmkamera im Bereich von 8 bis 64 Bilder pro Sekunde umgeschaltet wird, ändert der elektrische Strom eines Motors seinen Wert nicht, bis ein Film bei der Drehzahl von 8 bis 64 Bilder pro Sekunde angetrieben wird.

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Geht man davon aus, daß die Klemmenspannung eines Motors bei der Drehzahl für 64 Bilder pro Sekunde 12 V beträgt, so muß die Klemmenspannung des Motors bei der Drehzahl für acht Bilder pro Sekunde auf 1,5 ^v aus den vorstehenden Gründen abgesenkt werden, was sich durch die Gleichung

12 χ ^l V = 1,5 V

berechnen läßt. Die Restspannung von 12 minus 1,5 = lo,5 V wird mittels Reihenwiderstandselementen abgesenkt, beispielsweise durch einen variablen Widerstand^ Transistor oder dergleichen. Dabei ist die aus der elektrischen Batterie verbrauchte elektrische Energie die gleiche wie die bei der Drehzahl von 64 Bildern pro Sekunde, während die tatsächlich für die Vorwärtsbewegung des Films verbrauchte elektrische Energie 8/64 = 1/8 beträgt. Das bedeutet, daß nur 1/8 der elektrischen Energie, die aus der Batterie verbraucht wird, wirksam

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ausgenutzt wird, während die restlichen 7/8 ohne Nutzung an den Reihenwiderstandselementen verbraucht wird.

Eine Filmkamera für einen 16 mm-Film filmt im allgemeinen mit 24 .Bildern pro Sekunde, so daß 24/64 = 3/8 der elektrischen Energie tatsächlich für das Filmen und die restlichen 5/8 ungenutzt an den Reihenwiderstandselementen, verbraucht werden, wo diese Restenergie in Wärme umgesetzt und an die Luft abgegeben wird. Wenn diese ungenutzte, an die Luft abgestrahlte Energie wirksam ausgenutzt werden könnte, könnte die Anzahl der zu belichtenden Filmspulen auf das 5/8 χ 8/3 .= 1,7-fache erhöht werden. Bei der gleichen Anzahl von zu belichtenden Filmspulen kann die Kapazität einer Batterie um 1/1,7 verkleinert werden, was für tragbare Einrichtungen ein beträchtlicher Vorteil ist.

Bei einer.bevorzugten Ausführungsform der Erfindung arbeiten in Reihe zu einem Motor geschaltete Elemente nicht als Widerstandselemente, sondern wirken als Schaltelemente, zum Steuern der Zeit, während der ein elektrischer Strom aus der Batterie fließt. Deshalb kann in dem Innenteil eines Motors verbrauchte elektrische Energie unberücksichtigt bleiben und fast die ganze elektrische Energie der elektrischen Energiequelle vollständig und wirksam einein Motor als ideales Steuerelement zugeführt werden. Darüber hinaus ist die Spannung oder die Vergleichsspannung eines Tachogenerators teilweise einem Überdruck ausgesetzt (pressurized). Eine gewünschte Rotationsfrequenz eines Motors entsprechend einem Gegenstand kann frei dadurch gewählt werden, daß das, Teildruckverhältiiis der vorstehenden Spannung wahlweise geändert wird. Die freigewählte Rotationsfrequenz kann konstant und genau mittels eines Servo-Systems unabhängig von einer Änderung der Belastung oder der Umgebungsbedingungen aufrechterhalten werden, so daß verschiedene Bildzahlen genau und günstig erzielt werden können, wenn die Anordnung mit einer Filmkamera verwendet wird.

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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Nachteile der vorstehend genannten herkömmlichen Vorrichtung zu vermeiden und eine Drehzahlsteuervorrichtung für Gleichstrommotoren, welche eine elektrische Steuerschaltung hoher Wirksamkeit hat, zu schaffen, bei welcher der Energieverlust durch Transistoren beträchtlich verringert ist, so daß die Kapazität einer Batterie wirksam ausgenutzt werden kann, wobei gleichzeitig die Nachteile der herkömmlichen Drehzahlsteuervorrich-tungen für Motoren beseitigt werden soll.

Die Drehzahlsteuervorrichtung für Gleichstrommotoren soll Anordnungen aufweisen, durch die Signale entsprechend der Drehzahl eines Motors und Ausgangssignale aus einem Vergleichswellengenerator durch einen Komparator verglichen werden, wobei gleichzeitig die Drehzahl des Motors durch das Ausgangssignal des Komparators gesteuert wird.

Weiterhin sollen Anordnungen vorgesehen werden, durch die Signale entsprechend der Drehzahl eines Motors und Signale aus einer einstellbaren Bezugsspannungsquelle verglichen werden, wonach die Signale der· Differenz dieser beiden' Werte und die Signale von einem Vergleichswellengenerator durch einen Komparator verglichen werden. Die Drehzahl des Motors wird dann durch das Ausgangssignal aus dem Komparator gesteuert.

Schließlich sollen noch Einstelleinrichtungen für eine Bezugsspanntingsquelle vorgesehen werden, um die vorgeschriebene Drehzahl eines Motors variabel zu machen.

Diese Aufgabe wird bei der Steuervorrichtung für einen Gleichstrommotor der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß eine Drehzahleinstelleinrichtung zum Variieren der Drehzahl eines Motors, um eine Änderung der Bildzahl pro Sekunde bei einer Filmkamera zu bewirken, und eine Temperaturkompensat ions einrichtung für die Zuführeinrichtung für die Bezugssignale vorgesehen ist.

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Erfindungsgemäß wird unter Berücksichtigung der Zeitkonstante eines Motors eine Frequenz mit einem derart hohen Wert gewählt, daß sie für das Verhindern des Ansprechens eines Motors ausreicht. Der Impuls dieser Frequenz wird zu einem Motor geführt, um den Motor mit einer Energie anzutreiben, die ein Mittelwert davon ist. Auf diese Weise wird die Breite eines Impulses entsprechend der Laständerung variiert, wodurch die beabsichtigte Steuerung erreicht wird. Durch Vorsehen einer solchen Drehzahlsteuervorrichtung ist die Wirkung des Ausgangstransistors eine Schaltwirkung, und der Spannungsabfall zur Zeit des leitenden Zustande ist sehr gering, so daß der Verlust am Transistor sehr klein wird. Gegenstand der Erfindung ist somit eine Drehzahlsteuervorrichtung für Gleichstrommotoren mit einem Tachogenerator, der Signale entsprechend der Drehzahl eines Motors erzeugt, mit einer Einrichtung zum Erzeugen von Bezugssignalen, um die Drehzahl eines Motors gleichförmig einzustellen, mit einem Ablenkbzw. Abweichdetektor für diese Signale, einem Vergleichswellengenerator und einer Steuereinrichtung.

Der Vergleichswellengenerator erzeugt eine Vergleichswellenform, die vorher festgelegt ist und bei welcher die Aufwärts- und Abwärtswe11enformen vorzugsweise geradlinig sind. Die Steuereinrichtung hat weiterhin einen Komparator, der das Signal für die Ablenkung aus dem Signalabweichdetektor mit dem Vergleichswellensignal aus dem Vergleichswellengenerator vergleicht. Wenn der Pegel des Vergleichswellensignals größer ist als der Signalpegel für die Abweichung, wird ein Ausgangssignal erzeugt. Die Antriebsspannung des Motors wird durch die Steuervorrichtung über dieses Signal gesteuert, wodurch die Drehzahl gesteuert werden kann.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung beispie lsweise näher erläutert.

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Fig. ί zeigt im Blockschaltbild eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drehzahlsteuervorrichtung für Gleichstrommotoren.

Fig. 2 (A bis D) zeigt die Wellenformen von Ausgangssignalen über der auf der Abszisse aufgetragenen Zeit für einen wesentlichen Teil der Anordnung von Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Schaltplan einer Ausführungsform einer Drehzahlsteuervorrichtung für Gleichstrommotoren.

Fig. ¹I zeigt ein Schaltbild einer modifizierten Ausführungsform einer Vergleichswellen erzeugenden Schi ituig, die Teil des Schaltplans von Fig. 3 ist.

.Fig. 5 zeigt in einem Schaltplan eine weitere Ausführungform der Vergleichswellen erzeugenden Schaltung, die Teil des -Schaltplans von Fig. 3 ist.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung ist ein zu steuernder Antriebsmotor 1, ein direkt mit dem Antriebsmotor 1 verbundener Tachogenerator 2, ein Ausgahgskreis für das Schalten 3 und eine Spannungsquelle k für den Antriebsmotor in Form einer Batterie vorgesehen, die auch als Batterie für die Energiezufuhr zu jeder Schaltung dient. An einem Steuerteil, ist eine Einrichtung zum Feststellen einer Signalabweichung bzw. -ablenkung vorgesehen, beispielsweise ein Vergleichswellengenerator 6. Ein Spaniiungsregulator Io dient zum Einstellen des Sxgnalpegels aus¹ dem Tachogenerator. In einem Differenz- bzw. Differentialverstärker 7 wird das Signal aus dem Spannungsregler Io und das Signal aus der Quelleneinrichtung 8 für das Bezugssignal eingegeben. In den Spanmingskomparator 5 werden das Ausgangssignal aus dem Differenzverstärker und das Signal aus dem Vergleichswellengenerator 6 eingegeben. Der Regler 9 ist mit der Quelleneinrichtung 8

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für die Bezugsspannung verbunden, um die Bezugsspannung variabel einstellen zu können. Der Regler 9 kann verbunden mit dem Regler Io eingesetzt werden, die beiden Regler können jedoch, auch einzeln vorgesehen werden.

Der Tachogenerator 2 ist direkt mit dem Motx>r 1 zur Erzeugung einer Spannung proportional zur Drehzahl des Motors 1 verjDunden. Die Bezugsspannungsquelle 8 führt andererseits dem Differenzverstärker 7 eine Spannung zu, die gleich dem Ausgangssignal ist, das man· erhält, wenn der Tachogenerator 2 mit einer gewünschten Drehzahl gedreht wird. Diese beiden Spannungen werden durch den Differenzverstärker 7 verglichen. Die der Differenz zwischen diesen Werten entsprechende Spannung wird verstärkt und dem Komparator 5 zugeführt. Andererseits wird in dem Vergleichswellengenerator 6 eine Vergleichswelle mit der vorstehend erwähnten Frequenz erzeugt, d. h. einer Frequenz, die ausreichend hoch ist, so daß sie den Motor nicht ansprechen läßt. Das Ausgangssignal aus dem Differenzverstärker 7 und die Vergleichswelle werden durch den Komparator 5 verglichen. Dieser Komparator ist in etwa ein Differenzverstärker mit hohem Verstärkungsfaktor. Er vergleicht die beiden Eingangssignale, wobei ein Ausgangssignal in Form einer Impulswelle mit scharf abgeschrägtem nach oben gerichteten Teil erzielt wird, wenn die Sägezahnwellen größer als der Ausgang des Differenzverstärkers 7 werden. Anhand von Fig. 2 wird die Funktion des Komparators erläutert.

Fig. 2A zeigt ein Beispiel für die Ausgangswellenform an einer Ausgangsklemmenstelle a (Fig. 1) des Vergleichswellengenerators 6 . Die Wellenform der Vergleichswelle ist so gewählt, daß sie eine vorher festgelegte Frequenz und eine vorher festgelegte Amplitude hat.

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- Io -

Fig. 2B zeigt die Ausgangswellenform an der Ausgangsklemmenstelle. b (Fig. l) des Differenzverstärkers 7· Der Pegel variiert derart, daß, wenn die Drehzahl die Drehzahl in einem stationären Zustand übersteigt,· eine Wellenform ρ gebildet wird, und daß bei einer Drehzahl in einem stationären Zustand eine Wellenform q gebildet wird, während eine Wellenfox-m r gebildet wird, wenn die Drehzahl unter die^ des stationären Zustandes absinkt. Dies erfolgt entsprechend der Änderung der Drehzahl des Motors.

Fig. 2C zeigt einen Fall, bei welchem die beiden gezeigten Signale in Fig. 2A und 2B in den Komparator 5 gegeben werden. Fig. 2D zeigt die Ausgangswellenform an einer Ausgangslclemmenstelle d (Fig. i) de- Kxnparators 5t wenn die beiden Signale in den Komparator 5 eingegeben sind. Da die Schaltung des Komparators 5 derart vorgenommen ist, daß nur ein Ausgangssignal erzeugt werden kann, wenn eine Vergleichswelle a größer als der Ausgang b. des Dif f ereilzverstärkers 7 ist > ^wi^e dies in Fig. 2C und D gezeigt ist, erhält man, wenn Signale der drei verschiedenen Pegel der in Fig. 2B gezeigten Muster in den Komparator 5 eingegeben werden, den Ausgang des !Comparators in Form von Signalen in Rechteckform mit drei verschiedenen Mustern p^f, q¹, r¹, wie dies in Fig. 2D gezeigt ist. Die Differenz zwischen ihnen ist die Breite eines solchen rechteckigen Wellenformimpulses, d. h. die Zeitdauer, welche gegenüber den genannten Signalen p, q, r T ,T bzw. T ist. Wenn die Drehzahl des Motors 1 selbst abnimmt, wird die Wellenform p^f gebildet. Die Impulsfläche nimmt zu, wodurch die mittlere, am Motor 1 arbeitende Leistung zunimmt. Dadui-ch nimmt die Drehzahl des Motors bis zur Drehzahl im stationären Zustand zu. Wenn andererseits die Drehzahl des Motors zunimmt, wird.die Wellenform r^f gebildet. Die Impulsfläche nimmt ab. Dadurch wird die am Motor 1 wirkende mittlere Leistung verringert, so daß der Motor seine Drehzahl auf die Drehzahl des stationären Zustande verringert. Da eine Rückkopplungsschleife "1 ·» 2 ·» Io -»· 7 * 5 * 3 ·* 1" gebildet wird, erhält man eine stabile und äußerst günstige Drehzahlsteuerungsschaltung.

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Wenn die Drehzahl ausgehend von einer bestimmten Drehzahl im stationären Zustand zu einer nächsten Drehzahl im stationärem Zustand geändert wird oder wenn die Drehzahl im stationären Zustand stufenlos variiert wird, kann diese Änderung dadurch gewährleistet werden, daß eine bekannte Spannungsregulierungseinrichtung 9 oder Io stufenweise oder stufenlos eingestellt wird, ^swodurch der Anwendungsbereich der Erfindung sehr breit ist. ■

Fig. 3 zeigt in einem elektrischen Schaltbild die konkrete Ausführung der Anordnung des Blockschaltbilds-von Fig. 1. Jedes der einzelnen Bauelemente 1 bis Io gemäß Fig. 1 wird im folgenden anhand von Fig. 3 näher erläutert. Jedes durch die mit zwei Punkten strichpunktierte Linie gekennzeichnete Teil zeigt eines dieser Elemente.

Mit 1 ist der Gleichstrommotor, dessen Drehzahl gesteuert werden soll, und mit 2 ein Drehzahlgenerator bezeichnet, wobei seine Drehachse direkt mit der Drehachse des Motors 1 verbunden ist. Die Spannungsquelle Λ ist eine Batterie. Weiterhin sind ein Spannungsquellenschalter 11, ein n-p-n-Transistor 12, ein Widerstand 13, der zu dem Transistor 12 parallel geschaltet ist, und eine Diode Ik für konstante Spannung vorgesehen. Die Schaltung für die konstante Spannung besteht somit aus den Elementen 12, 13 und 14.

Die Leitung 6o ist mit dem Emitter des Transistors 12 ver-" bunden. Die Leitung 61 ist mit der Kathode der Batterie verbunden .

Die Funktion des Vergleichswellengenerators 6 ist bereits anhand von Fig. 1 beschrieben worden.' Die Schaltungsanordnung dieses Generators wird anhand von Fig. 3 erläutert. Bei dem Vergleichswellengenerator werden sägezahnförmige' Wellen als Vergleichswellen verwendet. Fig. 3 zeigt eine Schaltung zur

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Erzeugung dieser Wellenform. B und C sind Klemmen, durch die die Wellenformen erzeugende Schaltung mit der Leitung 60 verbunden ist. D und E sind Klemmen für die Verbindung mit der Leitung 6l. A ist eine Ausgangsklemme der Wellenformen erzeugenden Schaltung. Weiterhin sind Widerstände I5 und l6 , eine Doppelbasisdiode I7, ein Kondensator l8 und Dioden I9 und 2o vorgesehen. Die sägezahnartige Wellen erzeugende Schaltung bes.teht somit aus den Elementen 15 > l6, I7, 18 , 19 und 2o.

Das durch die strichpunktierte Linie mit zwei Punkten abgetrennte Teil 5 ist eine Schaltanordnung für den Komparator. Dabei sind npn-Transistoren 22, 25, 26, Widerstände 21, 23, 24 und 28 sowie ein Kondensator 27 vorgesehen. Die Ausgangsklernme A der Vergleichswellenschaltung ist mit der Basis des Transistors 22 verbunden. Die beiden Emitter der Transistoren 22 und 25 sind miteinander verbunden. Gleichzeitig sind diese Emitter mit dem Kollektor des Transistors 26 verbunden, wodurch man eine Differenz-(Differential-) Verstärkerschaltung erhält.

Das durch die strichpunktierte Linie mit zwei Punkten erkennbar gemachte Teil 7 ist eine Schaltungsanordnung für den Differenzverstärker. Dabei sind Widerstände 42, 43, 44, 48 und 49) sowie npn-Transistoren 45, 46 und 47 vorgesehen. Die Basis des Transistors 45 ist mit der ErzeugungsschaItung einer Bezugsspannungsquelle 8 verbunden, die nachstehend näher erläutert wird. Der Kollektor dieses Transistors ist mit der Basis des Transistors 25 des Komparators 5 über den Widerstand 34 verbunden. Die Emitter der Transistoren 45 und 46 sind miteinander verbunden. Sie sind gleichzeitig mit dem Kollektor des Transistors 47 verbunden. Der Transistor 47 und der Widerstand 49 bilden eine sogenannte "konstante Stromschaltung". Der Differenzverstärker 7 kann als integrierte Schalteinheit ausgebildet sein, was sich hinsichtlich des Platzbedarfes als vorteilhaft erweisen kann.

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Das durch die strichpunktierte Linie mit zwei Punkten erkennbar gemachte Teil 8 zeigt eine Erzeugungsschaltung für die vorstehend genannte Bezugspannungsquelle 8. Dabei sind ein Widerstand 36 und Dioden 37 bis ko für die Temperaturkompensation der Bezugspannungsquelle 8 vorgesehen. F ist eine Ausgangsklenime mit einer Bezugsspannung.

Zum Ändern des Wertes der Bezugsspannung kann ein herkömmlicher Spannungsregulator an der Erzeugerschaltung für die Bezugsspannung, wie in Fig. 1 gezeigt, angebracht werden.

Das durch die strichpunktierte Linie mit zwei Punkten gekennzeichnete Teil 3 ist ein Ausgangskreis für das Schalten. Dabei sind Widerstände 29, 33 ■> 35, ein pnp-Transistor 3° und npn-Transistoren 3I und 32 vorgesehen. Der Emitter des Transistors 30 ist mit einer Leitung 60 verbunden, während seine Basis mit dem Kollektor des Transistors 2 2 verbunden ist. Die Transistoren 31 und J2 sind zur Erzielung einer Stromverstärkung in der sogenannten "Darlington-Verbindung" geschaltet.

Das durch die strichpunktierte Linie mit zwei Punkten gekennzeichnete Teil Io zeigt eine Schaltungsanordnung für die Einstellung der erzeugten Spannung proportional zur Drehzahl des Motors durch einen■Drehzahlgenerator und ein Schaltstück 51 j das umgeschaltet werden kann, wobei Kontakte 51a bis 5If an diesem Teil Io befestigt sind. Jede-r dieser Kontakte ist jeweils mit einem der als Schiebewiderstände ■ ausgebildeten Widerstände 52 bis 56 verbunden. Diese Teile können beispielsweise in Zuordnung zur Umschaltung der Bildzahl bei einer Filmkamera verändert bzw. umgeschaltet werden. Das Schaltstück 5I kann mit einem der Kontakte 51b bis 5If verbunden sein. Von diesen Kontakten schalten'sich die Kontakte 51b bis 51f entsprechend 8, l6, 24, 48 und 64 Bilder pro Sekunde um. Die Wahl dieser Kontakte bzw. SchaltStellungen

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erfolgt durch den Umschaltknopf für die Filmgeschwindiglceit an der Filmkamera. Die Kontakte 51b bis 5If sind mi/fc den entsprechenden Widerständen 52 bis 56 über Abgriffe einstellbar verbunden. Es können selbstverständlich andere Bildzahlen als die vorstehend genannten gewählt werden, was von der Kamera abhängt »

Die Drehzahlsteuervorrichtung mit der beschriebenen Anordnung arbeitet folgendermaßen: Die Schaltung für die Erzexigung einer konstanten Spannung, \v^relche die Elemente 12, I3 und l^li umfaßt, arbeitet so, daß Strom von der Spamiungsquelle der Schaltung eines jeden Teils über die Schaltung für die konstante Spannung zugeführt wird, so daß an der Enei"giequelle in Form der.Batterie k auftretende Änderungen die Schaltung eines jeden Teils nicht beeinflussen. Wenn der Eriergiequellenschalter 11 geschlossen ist und Strom zur Diode 14 für konstante Spannung über den Widerstand I3 fließt, hat die Diode l4 infolge ihres Aufbaus eine konstante Klemmenspannung unabhängig vom fließenden Strom. Durch Zuführen einer vorher festgelegten Spannung zu der Basis des Transistors 12 nimmt somit die Ausgangsspannung auf der Emitterseite des Transistors einen vorher festgelegten Wert entsprechend dem Wirkungsprinzip des Transistors ein. Diese vorher festgelegte Spannung wird als Spannungsquelle für jede der genannten Schaltungen über die Leitung 60 verwendet.

Die Schaltung 6 zur Erzeugung sägezahnförmiger Wellen arbeitet folgendermaßen: Wenn ein Ladestrom von der vorstehend beschriebenen Quelle für konstante Spannung zum Kondensator l8 über den Widerstand l6 fließt, nimmt die Klemmenspannung des Kondensators l8 allmählich zu. Wenn die Spannung des Emitters und der ersten Basis der Doppelbasisdiode 17 einen Spitzenwert erreicht, nimmt der Emitter&tarom plötzlich zu, wobei die Ladung an einem Kondensator entladen wird und die Klemmenspannung verringert wird. Durch Wiederholung dieses Vorgangs werden sägezahnförmige Wellen erzeugt. Die Dioden und 2o sind vorgesehen, um eine konstante Spannung zu erzeugen.

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Mit der Schaltung 8 zur Erzeugung einer Bezugsspannung soll eine Bezugsspannung erzeugt werden, die der elektromotorischen Kraft entspricht, die erzeugt wird, wenn der Drehzahlgenerator eine vorher festgelegte Drehzahl η erreicht. In dieser Schaltung wird ein vorher festgelegter Spannurigspegel erzeugt, wobei der Spannungsabfall in Plusrichtung der vier Dioden 37 bis 4o benutzt wird. Dieser Spannungsabfall in Plusrichtung bei diesen Dioden hat Temperaturbetriebssicherheit. Das bedeutet, daß, wenn die Temperatur hoch ist, die Klemmenspannung der Diode niedrig wird, während die Spannung steigt, wenn die Temperatur sinkt. Diese Charakteristik ist von gleicher Art wie die Temperatureigenschaften eines Generators. Die Temperaturcharakteristika der gesamten Schaltung sind gänzlich kompensiert, wenn diese Charakteristika gegeneinander arbeiten.

Der Differenzverstärker 7 vergleicht die genannten beiden Eingangssignale, d. h. die Spannung des Drehzahlgenerators 2, wenn der Pegel seiner elektromotorischen Kraft durch die Einstellschaltung Io reguliert ist, und die Bezugsspannung aus der Schaltung 8 für die Erzeugung der Bezugsspannung. Wenn sich die Drehzahl des Motors 1 gegenüber der vorgegebenen Drehzahl n^ ändert, erscheint am Ausgang eine Spannung proportional zu der Abweichung der Drehzahl Δ η entsprechend der Änderung, welche die Differenz aus dem Vergleich mit dem Bezugssignal ist. Diese Spannung wird durch den Differenzverstärker verstärkt.

Der Transistor 47, dessen Kollektor mit dem gemeinsamen Emitter der Transistoren 45 und 46 verbunden ist, bildet eine Schaltung für konstanten Strom. Dadurch wird der' gemeinsame Emitterwiderstand der Transistoren 45 und 46, die den Differenzverstärker bilden, scheinbar groß, so daß die Verstärkung des Differenzverstärkers erhöht ist.- Das Ausgangssignal dieses Differenzverstärkers ist proportional zur Abweichung der Drehzahl des Motors 1 von der vorgegebenen

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Drehzahl und ist das von dem Differenzverstärker verstärkte Differenzsignal bzw. Abweichungssignal.

Der Komparator 5 ist als Differenzverstärker geschaltet und vergleicht die sägezahnförmige Welle, die durch die Schaltung 6 zum Erzeugen sägezahnförmiger Wellen erzeugt wird, und das Abweichungssignal aus dem vorstehend genannten Differenz Verstärker. Wie anhand von Fig. 2 beschrieben wurde, ist der Arbeitspunkt so festgelegt, daß die Schaltung als Verstärker an einem Punkt aktiviert wird, bei welchem das Vergleichssignal (die sägezahnförmige Signalwelle) größer wird als das Abweichungs signal. Wenn die Verstärkung ausreichend groß ist, wird das Ausgangssignal in absehbarer Zeit gesättigt,und man erhält eine Impulswellenform, wie sie in Fig. 2D gezeigt ist.

Die Ausgangssignalwelle aus der Schaltung 6 zum Erzeugen einer sägezahnförmigen Wellenform tritt durch die Ausgangsklemmenstelle A in die Basis des Transistors 22 ein, während das Ausgangssignal aus dem Differenzverstärker 7 in die Basis des Transistors 25 über den Widerstand "}k eintritt, wobei die Transistoren 22, 25 einen Differenzverstärker bilden. Beide Signale folgen den Funktionscharakteristika der Transistoren 22 und 25, welche einen Differenzverstärker bilden, wodurch für die Differenz dieser Signale an dem Kollektor des Transistors 22, wie vorstehend erläutert, ein Signal erzeugt wird. Dieses Signal, nämlich das iinpulsförmige Rechteckswellensignal gemäß Fig. 2D,wird zu dem nächsten Kreis 3 für das Schalten geführt.

Bei diesem Kreis 3 für das Schalten wird das Ausgangssignal des Komparators 5 durch den Transistor 30 weiter verstärkt, wodurch man eine Wellenform in Form eines vollständigen Rechtecks erhält. Dann wird der Basis des Transistors 3I, der mit dem Ausgang des Transistors 32 über die Darlington-Schaltung verbunden und gekoppelt ist, ausreichend Strom zugeführt, um

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die Sehaltfunktion zu bewirken. Dadurch wird der Ausgangstransistor 32 geschaltet und führt dem Motor 1 Energie als Modulierung der Breite der Rechteckswelle zu. Die Drehzahl des Motors wird so gesteuert, daß eine vorgeschriebene Drehzahl, wie vorstehend beschrieben, aufrechterhalten wird. Die parallel zum Motor 1 geschaltete Diode 57 ist vorgesehen, um die gegenelektromotorische Kraft zu absorbieren, die an der Wicklung des Motors 1 erzeugt wird, der von einem Steuersystem der Rechteckwelle wie vorstehend beschrieben angetrieben wird, so daß ein Uixterbrechen bzw. Abschalten des Transistorausgangs 33 verhindert wird.

Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung zeigt die Schaltung zum Erzeugen von sägezahnförmigen Wellen, als Schaltung zum Erzeugen von Vergleichswellen. Ein Beispiel für eine Schaltung zum Erzeugen einer Dreieckswelle oder einer Sinuswelle als Vergleichswelle ist in Fig. ^li bzw. in Fig. 5 gezeigt.

Fig. k zeigt eine Schaltung Ip4 zur Erzeugung einer Dreieckswelle. Sie umfaßt npn-Transistoren 7o, 71 und 72, Kondensatoren 73, 7^ und 751 einen elektrischeii,-Feldkondensat or 76 und Widerstände 77 bis 83. Der Widerstand 21, die Leitungen 60 und Gl sowie die Klemmen A bis E entsprechen denen des vorstehenden Beispiels.

Von den gezeigten Bauelementen bilden die Transistoren 7% und 72, die Kondensatoren Jk und 75 sowie die Widerstände 79 bis 82 einen Multivibrator, während der Transistor 70, die Kondensatoren 73 und 76 sowie die Widerstände 77, 78 und 83 eine Miller-Integrationsschaltung bilden, welche leicht eine bestimmte Rückkoppelung bewirkt. Da dies dem Fachmann geläufige Schaltanordnungen sind, ist ein näheres Eingehen nicht erforderlich. Wenn durch die Schaltung für die konstante Spannung der Eingangsklemme des Multivibrators eine konstante Spannung aufgegeben wird, wird ein Rechteckswellensignal an der Ausgangsklemme

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des Vibrators erzeugt. Dieses Ausgangssignal wird der Miller-Integrationsschaltung zugeführt und integriert. Dann wird es zu einer Rechteckswelle geformt und an der Ausgangsklemme A erzeugt. Die Amplitude und Wellenlänge dieser Sägezahnwelle kann nach Wunsch eingestellt werden.

Benutzt man-die Tatsache, daß die aufsteigende und abfallende Flanke der dreieckigen Welle geradlinig sind, kann die Welle in die Vergleichsschaltung als eines ihrer Eingangssignale in gleicher Weise"wie die Sägezahnwelle eingeführt werden, wodurch die Drehzahlsteuerung des in Fig. 1 gezeigten Motors gemäß Fig. 3 erfolgen kann.

Fig. 5 zeigt eine Schaltung Io5 für die Erzeugung einer sinusförmigen Welle. Die Schaltung umfaßt einen Transistor- So, Kondensatoren 91 bis 93» Widerstände 9'± bis 98 und einen elektrischen Feldkondensator 99· Ein Widerstand 21, Leitungen 60 und 61 sowie die Klemmen A bis E sind wie bei den vorstehenden Beispielen vorgesehen.

Die gezeigte Schaltung bildet einen bekannten Phasenschieberoszillator, bei welchem eine Phasenschieberschaltung mit einem Kondensator und einem Widerstand in einer Rückkoppelungsschaltung vorgesehen ist. Die Funktion dieser Schaltungsanordnung ist dem Fachmann geläufig,, so daß eine weitere Erklärung entfallen kann.

Wenn von der Schaltung für konstante Spannung eine konstante Spannung an die Eingangsklemme des Phasenschieberoszillators angelegt wird, wird ein Sinuswellensignal an der Ausgangsklemme A des Oszillators erzeugt. Die Amplitude und die Wellenlänge der Sinuswelle können selbstverständlich eingestellt werden. Wenn diese Sinuswelle als eines der Eingangs— signale in die Vergleichsschaltung als Vergleichswellenform eingeführt wird, erhält man eine Drehzahlsteuerung wie bei den Figuren 1 bis %.

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Die Schaltungsanordnungen zum Erzeugen von Vergleichswellen, die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet werden können, sind nicht auf die vorstehend genannten begrenzt. Anstelle der genannten Wellenformen können alle Wellenfonuen verwendet werden, wenn sie nur vorzugsweise eine aufsteigende und abfallende Flanke haben, deren Form als geradlinig angesehen werden kann.

Erfindungsgemäß wird eine Anordnung verwendet, bei welcher eine Vergleichswelle mit einer vorher festgelegten Amplitude und Wellenlänge und die Differenz zwischen einem Ausgangssignal entsprechend der Drehzahl eines Motors und einem Bezugssignal vorgJ ichor? wurden, damit die Vorrichtung die Drehzahl eines Motors steuern kann. Deshalb können geringe Abweichungen" von einer normierten Drehzahl in einem vergrößerten Maße festgestellt werden, wodurch die Nutzleistung eines Motors auf einen weiten Veränderungsbereich variiert werden kann, so daß die Genauigkeit der Drehzahlsteuerung erhöht werden kann.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat auch eine Einrichtung, so daß der Pegel des Ausgangssignals entsprechend der Drehzahl eines Motors oder der Pegel eines mit dem Ausgangssignal zu vergleichenden Bezugssignals eingestellt werden kann. Dadux*ch ist es erfindungsgemäß möglich, daß eine vorgeschriebene Drehzahl eines Motors in einer Vielzahl von Stufen oder stufenlos geändert bzw. geschoben werden kann, wodurch die Anordnung als Drehzahlsteuerungsvorrichtung für einen Motor besonders vorteilhaft ist.

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Claims

PATENTANSPRUCHE

Γ 1. !Vorrichtung zur Steuerung eines Gleichstrommotors zur Verwendung bei einer Filmkamera, wobei die Energiezufuhr zu dem zugeordneten Motor so reguliert wird, daß die Anzahl der Bilder pro Sekunde der Filmkamera geändert wird, mit einer Gleichstromquelle, einem Signalgenerator -. zum Erzeugen eines Signals proportional zur Drehzahl des Motors, einer Einrichtung zur Zuführung eines Bezugssignals, um die Motordrehzahl auf der gewählten Drehzah.1 zu halten, einer Einrichtung zum Erzeugen eines Fehlersignals durch Vergleichen der Signale von dem Generator und von der Zuführungseinrichtung, und mit einer Einrichtung zum Regulieren der Motordrehzahl, um das Fehlersignal durch ein tfellenformsignal zu modulieren, wodurch ein Imptilssignal zur Steuerung der Energiezufuhr zum Motor erzeugt wird, gekennzeichnet durch eine Drehzahleinstelleinrichtung (lo) zum Ändern der¹ Drehzahl des Motors (1), um die Änderung der Bildzahl pro Sekunde der Filmkamera zu bewirken, und durch eine Temperaturkompensiereinrichtung (37 bis ¹Io) für* die Zuführungseinrichtung (8) für das Bezugssignal.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator ein Tachogenerator (2) ist, der mit dem Motor (1) zur Erzeugung einer Spannung proportional zur Motordrehzahl verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder,2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (8) zur Zuführung eines Bezugssignals eine Schaltung(8) zum Anlegen einer Bezugsspannung hat.

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k. Vorrichtung nach Anspruch 3i dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung {8) für das Bezugssignal eine Einrichtung (9) zum Einstellen der Bezugsspannung hat, die mit. der Schaltung (8) für das Anlegen der Bezugs spannung· verbunden ist, damit der Pegel der Bezugsspannung einstellbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch eine Einrichtung (6) zum Erzeugen eines Signals in Wellenform mit vorbestimmter Form.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß

durch die Einrichtung (6) ein Wellenformsignai erzeug— bar ist, bei dem wenigstens ein Teil der aufsteigenden und abfallenden Flanke im -wesentlichen geradlinig ist.

7· Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6) ein Wellenforinsignal mit einer Frequenz erzeugt, die ausreichend hoch ist, so daß der Motor nicht anspricht*

' 8. Vorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6) eine Serhaltung (6) zur Erzeugung einer Sägezahnwelle hat.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung 06) eine Schaltung (1©%) zur Erzeugung einer dreieckigen Welle hat.

Io. Vorrichtung nach Anspruch 5» d-actu-rch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6) eine Schaltung (Io5) zur Erzeugung einer Sinuswelle hat.

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11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die' Einrichttmg zur Erzeugung eines Fehlersignals eine Differenzverstarkerschaltung (^3 bis ks) umfaßt.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (lo) zum Einstellen der Drehzahl eine Vielzahl von elektrisch verbindbaren Kontakten (51b bis 5If) und ein SchaItelement (51) aufweist, das im Betrieb wahlweise von einem der Kontakte zum anderen umschaltbar ist, •wodurch die Anzahl der Bilder pro Sekunde der Kamera veränderbar ist.

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