DE2402483A1

DE2402483A1 - Antriebs- und steueranordnung fuer einen gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2402483A1
Application number: DE2402483A
Authority: DE
Inventors: Carlo Romano
Original assignee: Olivetti SpA
Current assignee: Olivetti SpA
Priority date: 1973-01-16
Filing date: 1974-01-16
Publication date: 1974-07-18
Also published as: FR2214196B3; FR2214196A1; JPS50100523A; GB1450471A; US3965405A

Description

PATENTANWÄLTE

BERLIN-DAHLEM 33 · PODBIELSKIALLEE 68 8 MÜNCHEN 22 . WIDENMAYERSTRASSE

BERLIN: DIPL.-ING. R. MÜLLER-BÖRNER MÜNCHEN: DIPL.-ING. HANS-H. WEY

Berlin, den 16. Januar

25 512

Ing. C. Olivetti & C., S.p.A.
Ivrea - Turin (Italien)

Antriebs- und Steueranordnung für einen Gleichstrommotor

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für den Antrieb und die Geschwindigkeitssteuerung von Permanentmagnet-Gleich-, strommotoren mit einer Ankerwicklung, die eine Spule ohne Eisenkern und von geringer Masse aufweist. Solche Motoren werden für den Antrieb des Magnetbands in Geräten für die Bespielung und/oder das Abspielen von Magnetbandpatronen oder -kassetten benutzt.

Ein Motor dieser Art ist vollständig in der Schrift von Dr. Otto Stemme: "Kleine Gleichstrommotoren mit eisenfreiem Anker", veröffentlicht von der Interelectric A.G., Sachsein, Schweiz, beschrieben. Ein anderer für die Zwecke der Erfindung geeigneter Motor ist der in der US-PS 3 467 847 beschriebene.

, Diese Motoren sind durch eine sehr geringe Trägheit des

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BERLIN: TELEFON (O311) 76 29 O7 MÜNCHEN: TELEFON (0811)92 55

KABEL: PROPINDUS · TELEX OI 84057 KABEL: PROPINDUS · TELEX 05 24244

Ankers gekennzeichnet, weil dieser nur von der Wicklung .gebildet wird und vollständig eines umlaufenden·Eisenkerns ermangelt; ferner haben sie infolge ihrer Bauweise eine Anker-Induktanz, die sehr niedrig und deshalb gegenüber den anderen in Betracht kommenden elektrischen Größen vernachlässigbar ist, so daß mit guter Annäherung die Umlaufgeschwindigkeit des Motors als lineare Funktion des ihm zugeführten Stromes angesehen werden kann. Deshalb läßt sich durch Veränderung des dem Motor zugeführten Stromes in irgendeiner beliebigen bekannten Weise das Ergebnis erzielen, daß die "Umlaufgeschwindigkeit des Motors selbst dem Verlauf folgt,, den der Strom nimmt.

Die Verwendung von Magnetbandkassetten von der Art, die mit 31,75 cm/s laufen, breitet sich auf dem Gebiet der Datenübertragung und besonders in elektronischen Geräten, wie Datensammelsystemen, kleinen Rechnern, Registrierkassen usw.ι mehr und mehr aus. Wegen der hohen Arbeitsgeschwindigkeit elektronischer Geräte ist eine Optimisierung der Verwendung des Magnetbands erforderlich. Dies wird durch Steuern und Minimisieren der Laufzeiten des Bandes auch während der Anlauf- und Bremsstadien des das Band antreibenden Motors erreicht. Ferner ist eine sehr gleichmäßige Normalarbeits-Antriebsgeschwindigkeit mit innerhalb vorbestimmter Grenzen liegenden Abweichungen erforderlich.

Es ist bekannt, einen Bezugsspannungs-Erzeugerkreis zu verwenden, der so geschaltet ist, daß er den Speisestromkreis steuert und eine ansteigende Spannungsänderung für den Anlaufvorgang des Motors zu erzeugen vermag, eine abfallende Spannungsänderung für den Bremsvorgang des Motors und eine konstante Spannung während des Zeitraums zwischen den beiden Spannungsänderungen für den Normalgeschwindigkeitsbetrieb des Motors,

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Ein Gerät für den Antrieb des Magnetbands von Kassetten ist bekannt, in dem die Geschwindigkeitssteuerung nur während der normalen Arbeitsweise des Motors erfolgt. Bei anderen bekannten Anordnungen für die Verkürzung der Abbremszeit des Motors werden mechanisch wirkende Reibungsbremsen von sperriger und kostspieliger Bauweise verwendet, deren Wirkung durch den Verschleiß der Reibelemente begrenzt ist. Die oben erwähnten Ziele v/erden durch die vorliegend beschriebene Anordnung erreicht, die es möglich macht, daß nicht mehr als 2,9 cm Band während des Anlauf- und Bremsstadiums an dem Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabekopf vorbeilaufen, und die imstande ist, Geschwindigkeitsänderungen innerhalb von 5% des Nennwerts unter schlechtesten Betriebsbedingungen zu halten.

Gemäß der Erfindung ist eine Gleichstrommotor-Antriebsund Steueranordnung vorgesehen, die einen Permanentmagnet-Gleichstrommotor mit einer eisenkernlosen Ankerwicklung umfaßt, eine Bezugsspannungsquelle, deren Spannung in Auswirkung eines Anlaufbefehls mit einer gewissen Steigung größenmäßig bis zu einer normalen Laufhöhe ansteigt und in Auswirkung eines Haltbefehls wieder mit einem gewissen Gefälle abfällt, eine Treiberstufe, die auf die Bezugsspannung anspricht und Erregungsstrom an die Ankerwicklung liefert, einen in Reihe mit dem Motor geschalteten Widerstand, der so geschaltet ist, daß er eine der Motordrehzahl proportionale Rückkopplungsspannung zu erzeugen vermag und einen Kombinationskreis, der so angeordnet ist, daß er die Rückkopplungsspannung in Übereinstimmung mit der Bezugsspannung zur Erzielung einer positiven Rückkopplungswirkung zur Wirkung bringt, die zur Regulierung der Motordrehzahl dient.

Die Erfindung wird nachstehend mehr im einzelnen beispiels-

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v/eise unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Antriebs- und Steueranordnung nach der Erfindung;

Fig. 2 ein Detail-Diagramm mit den jeden der Blöcke in Fig. 1 bildenden Elementen; und

Fig. 3 ein den Verlauf der Bezugsspannung veranschaulichendes Diagramm.

Gemäß Fig. 1 speist eine Spannungsquelle 2 einen selektiven Inverter 3, der durch ein Signal M gesteuert wird. Eine positive oder negative Spannung wird einem Stromerzeuger 4 zugeführt. Wenn die Polarität des Stromes wechselt, erzeugt ein Spannungsänderungsgenerator durch Integrationswirkung eine Rampenspannung, ein Begrenzer 6 dient zur Erstellung der unteren Höhe der Rampenspannung. Die sich ergebende Bezugsspannung wird über einen Spannungsverstärker 7 und einen Differentialverstärker 8 einer Treiberstufe 9 zugeführt, die dem Motor 1 den Antriebsstrom liefert. Eine Rückkopplungsspannung wird von dem in Reihe mit dem Motor 1 geschalteten Widerstand R abgenommen und mit der Bezugsspannung in dem Diffes

rentialverstärker ß kombiniert, um die Drehzahl des Motors 1 zu regeln.

In Fig. 2 sind dieselben Blöcke wie in Fig. 1 dargestellt, die durch dieselben -Bezugszeichen bezeichnet und gestrichelt veranschaulicht sind. Das Befehlssignal M wird der Eingangsklemme 20 zugeführt, die über eine Diode 21 mit dem positiven Eingang 22 eines Operationsverstärkers 23 verbunden ist. Der Eingang 22 ist über einen Widerstand 24 auch an +V gekoppelt. Eine regulierte positive Spannung wird von einer

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Zener-Diode 26 und einem Widerstand 25 vorgesehen und dem negativen (umkehrenden) Eingang 31 des Operationsverstärkers 23 über einen Widerstand 27 zugeführt. Das Signal M kann den einen oder den anderen von zwei mit "1" und "0" bezeichneten Werten annehmen, "O" als Anlaufbefehl und "1" als Anhaltbefehl für den Motor 1. Beispielsweise sei angenommen, daß bei dem "O"-Wert die Spannung des Signals M 0 Volt und bei dem "1"-Wert 5 Volt ist.

Es s«i ferner angenommen, daß die Speisespannungen +V bzw. -V + 20 Volt bzw. - 20 Volt seien. Die Polaritätsumkehrstufe oder der Inverter 3 wird durch den Operationsverstärker 23 mit Rückkopplung an den negativen Eingang 31 über eine Diode 29 und einen Widerstand 28 gebildet.

Die Polaritätsumkehrstufe oder der Inverter 3 hat die Aufgabe, am Eingang 30 des Stromerzeugers 4 den einen von zwei unterschiedlichen Spannungswerten entgegengesetzter Polarität anzulegen, den einen während des Anlaufbefehls und den anderen während des Anhaltebefehls für den Motor 1.

Wenn also das Signal M sich auf dem Wert ¹¹O" befindet, wird der positive Eingang 22 des Verstärkers 23 im wesentlichen bei Null Volt festgelegt, und der Vefstärker 23 überträgt die von der mit der Erde 50 verbundenen Zener-Diode vorgesehene Speisespannung unter Umkehrung ihrer Polarität an seinen Ausgang 40. Im anderen Fall steigt, wenn sich das Signal M auf dem Wert "1" befindet, die Spannung am Eingang 22 infolge der Verbindung mit dem Widerstand 24 auf einen Wert, der ausreicht, um den Ausgang 40 positiv zu machen. Der Verstärker 23 wird also blockiert und durch die Diode 29 entkoppelt, wodurch die von der Zener-Diode 26 gelieferte Speisespannung über die Widerstände 27 und 28 auf den Eingang 30 des Stromerzeugers 4 übertragen wird. Der Strom-

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erzeuger 4 ist von bekannter Art und wird von einem Operationsverstärker 33 mit negativer und positiver, über die Widerstände 35 bis 38, von denen der Widerstand 36 zwischen einen Eingang 32 und einen Ausgang 39 des Verstärkers 33 geschaltet ist, vorgesehener Rückkopplung gebil-" det. Diese Stufe dient dazu, einen konstanten Strom dem Impulsflankengenerator 5 zuzuführen, der von einer Zener-Diode 41 mit einem zu ihr parallel geschalteten Kondensator 42 gebildet wird, die beide zwischen einen Ausgang 39 des Stromerzeugers 4 und Erde geschaltet sind.

Der Stromerzeuger 4 ist in der Weise geschaltet,, daß der Spannungsabfall an dem Widerstand 38 unter Aufrechterhaltung eines konstanten Stromdurchflusses durch diesen konstant und bei Einheitsverstärkung gleich der Eingangsspannung gehalten wird. Die Stromstärke läßt sich durch Verstellen des Widerstands 38 einstellen. Die Richtung des Stroms wird durch das Signal M bestimmt, indem Strom an der Klemme 39 nach außen fließt, wenn M = O ist.

Der auf diese Weise erzeugte Strom ladet und entladet den von der Zener-Diode 41 und dem Kondensator 42 gebildeten Stromkreis, so daß zur Zeit der Umkehrungen des Signals M von ¹¹O" zu ¹¹I¹¹ und umgekehrt die gewünschten Anlauf- und Anhalte-Schrägen, die in Fig. 3 angegeben sind, erzeugt werden. Diese Schrägen haben deshalb festliegende Steigungsverhältnisse zueinander, und sie werden allein durch den Widerstand 38 reguliert, der in gleicher Weise sowohl auf den durch den Stromerzeuger 4 erzeugten Vorwärts- v/ie auch Rückwärtsstrom einwirkt.

Der Flankengenerator 5 hat also die Aufgabe, zwei Spannungsschrägen von unterschiedlicher Steigung und entgegen-

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gesetzter Neigung zu erzeugen. Tatsächlich wird, wenn der Stromerzeuger 4 einen Vorwärtsstrom an den Flankengenerator 5 liefert, der Kondensator 42 auf die Nennspannung der Zener-Diode 41 geladen. Andererseits wird der Kondensator 42 entladen, ■ wenn der Stromerzeuger 4 Strom aus dem Flankengenerator 5 zieht. Die untere Grenze der Entladungsspannung wird durch den Begrenzer 6 gesteuert, der auch als Stromquelle dient, wenn die Stromentnahme aus dem Kondensator 42 aufhört.

Die Form des an dem Verknüpfungspunkt 43 auftretenden Signals ist in Fig. 3 veranschaulicht.Der Teil A-B stellt das Anlauf-Stadium dar, der Teil B-C den normalen Betrieb und der Teil C-D schließlich das Anhaltestadium des Motors 1.

Der Begrenzer 6 dient zur Vermeidung der Erzeugung einer ^#' negativen Spannung an einem Eingang 55 eines folgenden Verstärkers 56 durch den Entladungsstrom in dem Flankengenerator 5. Das heißt, wenn M an dem Punkt C auf "1" wechselt, entnimmt der Stromerzeuger 4 Strom aus dem Kondensator 42 nur von C bis D, während der Strom dann aus dem Begrenzer 6 entnommen wird, und zwar von dem Punkt ab, wenn die absteigende Schräge C-D (Fig. 3) genau den Nullwert erreicht hat. Der Begrenzer 6 wird von einem Operationsverstärker 49 gebildet, einer Diode 45, einem Widerstand 47 und einem an einen Ausgang 53 des Operationsverstärkers 49 angeschlossenen Transistor 48. Solange eine Spannung größer als O Volt an dem Verknüpfungspunkt 43 auftritt, wird die Diode 45 gesperrt und also auch der Verstärker 49, da der positive Eingang 52 desselben direkt an Erde gelegt ist. Sobald die Spannung an dem Verknüpfungspunkt 43 unter 0 Volt fällt, werden sowohl die Diode

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als auch der Transistor 48 leitend und befähigen den Verstärker 49, den aus dem Stromerzeuger 4 entnommenen Überschuß-Strom zu liefern.

Der Spannungsverstärker 7 wird von einem Operationsverstärker 56 gebildet, der mittels der Widerstände 44, 75 und 57 so geschaltet ist, daß er einen Verstärker bekannten Typs bildet.

Der Ausgang 58 des Verstärkers 56 ist mit einem ersten Eingang eines Operationsverstärkers 61 mit Rückkopplungswiderständen 59 und 60 verbunden, der die Aufgabe hat, das an dem ersten Eingang I auftretende Signal zu einem Signal zu addieren, das an einem zweiten Eingang II auftritt und an einem. Ende 63 eines Widerstands R_ abgenommen wird, der zwischen dem Motor 1 und Erde in Reihe geschaltet ist. Der Differentialverstärker 61, der den Block 8 bildet, treibt über seinen Ausgang 62 die Treiberstufe 9 an, die von zwei in bekannter Weise einendig miteinander verbundenen Transistoren 64 und 65 gebildet wird. Die Treiberstufe 9 hat die Aufgabe, dem Motor den erforderlichen Strom zu liefern, so daß er den Anlauf-, Normalarbeits- und Anhaltebetrieb, wie er durch die Werte ¹¹O" und ^W1" des Signals M bestimmt wird, ausführen kann.

Das an dem Ende 63 des Widerstands R_ abgenommene und dem zweiten Eingang des Verstärkers 61 zugeführte Signal stellt eine Rückkopplungsspannung R_I (wobei I der Motorstrom ist) dar, die bei Verwendung des oben erwähnten Motorentyps das regelrechte Arbeiten des Motors, ungestört durch Schwankungen des Lastdrehmoments und Trägheitswirkungen des Motors 1, zu erreichen gestattet.

Patentansprüche:

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Claims

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Patentansprüche

1.) Antriebs- und Steueranordnung für einen Permanentmagnet-Gleichstrommotor mit einer eisenkernlosen Ankerwicklung von geringer Trägheit für Aufzeichnungs- und/oder Wiedergabegeräte von Digital-Magnetbandkassetten mit einem Speisestromkreis für den Motor, einem Bezugsspannungserzeugerkreis, der an einen ersten Eingang des Speisestromkreises angeschlossen und befähigt ist, eine ansteigende Spannungsschräge für den Anlaufbetrieb des Motors zu erzeugen, eine abfallende Spannungsschräge für den Bremsbetrieb des Motors und eine konstante Spannung während des Zeitraums zwischen den beiden Schrägen für den Normalgeschwindigkeits-Betrieb des Motors, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisestromkreis (8, 9) einen Operationsverstärker (61) umfaßt, der mit einem zweiten Eingang (II) versehen ist, der mit einem in Reihe mit dem Motor (1) geschalteten Widerstand (R_) zur Abnahme eines der Motordrehzahl proportionalen Spannungsabfalls als positiver Rückkupplung gegenüber der Bezugsspannung verbunden ist, und daß der Verstärker die Bezugsspannung mit dem Spannungsabfall zur Speisung des Motors kombiniert, wobei der Spannungsabfall eine Kompensationsspannung erzeugt, die Veränderungen der Motordrehzahl zu kompensieren vermag.

2. Antriebs- und Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,- daß der Bezugsspannungserzeugerkreis (2-6) eine Konstantspanriungsquelle (2) umfaßt, die über· einen Polaritäts-

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Inverter (3) und einen Stromerzeuger (4) einem Flankengenerator (5) und einem Schwellengenerator oder Begrenzer (6) zugeführt wird, wobei der Polaritäts-Inverter die konstante Spannung von einem ersten auf einen zweiten Spannungswert entgegengesetzten Vorzeichens ändert, um den Flankengenerator zur Erzeugung der ansteigenden Spannungsschräge (A-B) entsprechend dem ersten Spannungswert und der abfallenden Spannungsschräge (C-D) entsprechend dem zweiten Spannungswert zu befähigen, wobei der Begrenzer eine obere Grenze für die ansteigende Spannungsschräge und eine untere Grenze für die abfallende Spannungsschräge zu setzen vermag und die obere Grenze die Normalarbeitsspannung des Motors und die untere Grenze seine Anhaltespannung bestimmt.

Antriebs- und Steueranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Flankengenerator (5) von einem Kondensator (42) und der Begrenzer von einer Zener-Diode (41) und einem Spannungsüberlauf-Kreis (6) gebildet wird, daß der Kondensator (42) geladen wird, wenn er mit einem positiven Strom, der aus dem Stromerzeuger (4) kommt, gespeist wird, daß die Zener-Diode die obere Grenzspannung der Ladung des Kondensators bestimmt, die befähigt ist, den Motor mit normaler Drehzahl arbeiten zu lassen, daß der Kondensator entladen wird, wenn er einen negativen Strom empfängt, und daß der Spannungsüberlauf-Kreis die untere Entladungsgrenzspannung des Kondensators bestimmt, die den Motor anzuhalten vermag.

4. Antriebs- und Steueranrodnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisestromkreis (8, 9) ferner ein Paar

Transistoren (64, 65) enthält, die von dem Operationsverstärker (61) gespeist werden und den Motor (1) zu erregen vermögen, indem sie ihn anlaufen lassen, wenn die ansteigende Spannungsschräge (A - B) als Ausgang an dem Operationsverstärker (61) auftritt, und ihn anhalten, wenn die abfallende Spannungsschräge (C - D) auftritt.

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