DE2519509A1 - METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING A SMALL ELECTRIC MOTOR - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING A SMALL ELECTRIC MOTORInfo
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''Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines elektrischen Kleinstmotors "'' Method and device for controlling a small electric motor "
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines elektrischen Kleinstmotors, dem Antriebsimpulse aus einer Gleichspannungsquelle zugeführt v/erden und der einen eine parallel zur Motorwicklung geschaltete Schaltvorrichtung auf v/eisenden Bremskreis enthält. Die Schaltvorrichtung wird "dabei so gesteuert, dass dem in der llotorwicklung induzierten Strom in einem unmittelbar auf den Antriebsimpuls folgenden Zeitintervall ein sehr kleiner Widerstand entgegensteht und diesem Strom während der Dauer des Antriebsimpulses ein hoher Widerstand entgegensteht.The invention relates to a method and an apparatus for controlling a small electric motor to which drive pulses from a DC voltage source are supplied and one of which contains a switching device connected in parallel to the motor winding on a v / ironing brake circuit. The switching device is controlled in such a way that the motor winding induced current in a time interval immediately following the drive pulse a very small resistance opposes and this current is opposed to a high resistance during the duration of the drive pulse.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Ausübung eines solchen Verfahrens.The invention also relates to a device for carrying out such a method.
In verschiedenen Anwendungsgebieten der elektrischen Kleinstmotoren ist es wesentlich, dass der Energieverbrauch des Motors so klein wie möglich gehalten wird. Dies ist insbesondere der Fall auf dem Gebiet der Uhrentechnik, der Zähler und anderer batteriegespeister Geräte. Bei den bestehenden Steuervorrichtungen weist der elektronische Steuerkreis für den Antrieb und die Bremsung des Motors selbst einen nicht vernachlässigbaren Energieverbrauch während der ganzen Betriebsdauer auf, das heisst also auch während der Dauer der Antriebsimpulse. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei diesen Vorrichtungen die Transistoren des Steuerkreises stark vorgespannd sein müssen, um die Spannungsabfälle zwischen der Batterie und dem Motor während des Antriebsimpulses klein zu halten, und dass ferner zur Bremsung des Rotors dem durch die gegen-elektromotorische Kraft des Motors erzeugten Strom nach dem Antriebsimpuls nur ein sehr kleiner Widerstand entgegengesetzt werden soll. Es ist im allgemeinen notwendig oder wünschbar bei solchen Kleinstmotoren die Wicklung während einiger Hundertstalsekundeii nach jedem Antriebsimpuls kurzzuschliessen, um eventuelle Schwingungen um die Gleichgewichtslage zu dämpfen, und um im Pail von Schrittmotoren hoher Schrittfrequenz zu vermeiden, dass der Rotor trotz des vorhandenen« die Gleichgewichtsstellung bestimmenden magnetischen Moments um zwei Schritte statt eines einzigen weiterdreht.In various areas of application for small electric motors it is essential that the energy consumption of the motor is kept as low as possible. This is particular the case in watchmaking, counters and other battery-powered devices. With the existing The electronic control circuit has control devices for driving and braking the motor itself non-negligible energy consumption during the entire operating period, i.e. also during the period the drive pulses. This is due to the fact that In these devices, the transistors of the control circuit must be strongly biased in order to avoid the voltage drops between the battery and the motor during the drive pulse to keep small, and that also to brake the Rotor's current generated by the counter-electromotive force of the motor after the drive pulse is only very small Resistance should be opposed. It is generally necessary or desirable in such miniature motors The winding must be short-circuited for a few hundredths of a second after each drive pulse in order to reverse any oscillations to dampen the equilibrium position, and to get in the pail of stepper motors high step frequency to avoid hitting the rotor despite the presence of “the equilibrium position determining magnetic moment by two steps instead of a single one continues to rotate.
Der Erfindung liegt die Aufga.be zugrunde, eine bedeutende Einsparung an elektrischer Energie bei der Steuerung eines Kleinstmotors vom eingangs genannten Typ zu erzielen.The invention is based on the task, an important one To achieve savings in electrical energy when controlling a miniature motor of the type mentioned above.
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Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung des Bremskreises durch die Entladung eines Kondensators gesteuert wird, welcher während der Dauer des Antriebsimpulses aus der Gleichspannungsquelle aufgeladen wird.The method according to the invention is characterized in that that the switching device of the brake circuit is controlled by the discharge of a capacitor, which during the Duration of the drive pulse from the DC voltage source is charged.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der an die G-leichspannungsquelle angeschlossene Ladekreis des genannten Kondensators zumindest die Serienschaltung des Kondensators und einer Schaltvorrichtung enthält, wobei diese Schaltvorrichtung so gesteuert wird, dass sie während der Dauer des Antriebsimpulses geschlossen ist, und dass der Entladekreis des Kondensators zumindest eine weitere Schaltvorrichtung enthält und so ausgebildet ist, dass die Schaltvorrichtung des Bremskreises bei der Entladung des Kondensators geschlossen wird, va.hrend die genannte Schaltvorrichtung des Entladekreises so gesteuert wird, dass sie in dem unmittelbar auf den Antriebsinpuls folgenden Zeitintervall geschlossen ist.The device for carrying out the method according to the invention is characterized by the fact that the DC voltage source connected charging circuit of said capacitor at least the series circuit of the capacitor and a switching device, this switching device is controlled so that it is closed during the duration of the drive pulse, and that the discharge circuit of the capacitor Contains at least one further switching device and is designed so that the switching device of the brake circuit during the discharge of the capacitor is closed, especially while the said switching device of the discharge circuit is controlled in such a way that it immediately responds to the drive pulse the following time interval is closed.
Die beigefügte Zeichnung stellt zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Steuervorrichtung dar.The attached drawing shows two exemplary embodiments of the control device according to the invention.
7igur 1 zeigt die Schaltung einer Steuervorrichtung, die für Speisespannungen von mehr als 1,7 V geeignet ist.Figure 1 shows the circuit of a control device, the is suitable for supply voltages of more than 1.7 V.
Figur 2 zeigt die Schaltung einer ähnlichen Steuervorrichtung, die für Speisespannungen zwischen 0,9 und 1,7 V geeignet ist.FIG. 2 shows the circuit of a similar control device which is suitable for supply voltages between 0.9 and 1.7 volts is.
Im Schaltbild nach Eigur 1 ist die Yicklung eines Kleinstmotors TI in Serie mit der Emitter-Kollektorstrecke eines Steuertransistors T-, an die Klemmen +, - einer Batterie angeschlossen,The circuit diagram according to Eigur 1 shows the winding of a miniature motor TI in series with the emitter-collector path of a control transistor T-, connected to terminals +, - of a battery,
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welche eine Speisespannung von mehr als 1,7 V. liefert. Der Motor M ist beispielsweise ein Schrittmotor, der durch lntriebsimpulse gleicher Polarität "weiter—geschaltet wird, wobei diese Antriebsimpulse beispielsweise eine Dauer von 5 Millisekunden und eine Wiederholungsfrequenz von ein Hz aufweisen und durch das Offnen und Schliessen des Transistors I, bestimmt werden.which supplies a supply voltage of more than 1.7 V. The motor M is, for example, a stepping motor which is "switched on" by drive pulses of the same polarity, these drive pulses, for example, have a duration of Have 5 milliseconds and a repetition frequency of one Hz and by opening and closing the transistor I, be determined.
Der Motor M besitzt einen Breis.skreis. der durch die Parallelschaltung eines Transistors T^ zur Motorwicklung gebildet wird, wobei dieser Transistor so gesteuert wird, dass er unmittelbar nach dem Antriebsinrouls leitend wird.The motor M has a Breis.skreis. which is formed by connecting a transistor T ^ in parallel to the motor winding, this transistor being controlled in such a way that it becomes conductive immediately after the drive pulse.
In der Schaltung nach Figur 1 erfolgt die Steuerung des Motors mit Hilfe der Transistoren T-. und Tp auf folgende Weise., Die Basis des Transistors T-, ist über einen Widerstand R-. mit dem Kollektor eines Transistors T~ verbunden, dessen Emitter an eine der Belegungen eines Kondensators C angeschlossen ist. Die andere Belegung dieses Kondensators ist mit der negativen Klemme der Speisebatterie verbunden. Die Basis des Transistors T^ ist über einen Widerstand IUIn the circuit according to FIG. 1, the motor is controlled with the aid of the transistors T-. and Tp on the following Way., The base of the transistor T-, is through a resistor R-. connected to the collector of a transistor T ~, whose emitter is connected to one of the assignments of a capacitor C. The other assignment of this capacitor is connected to the negative terminal of the supply battery. The base of the transistor T ^ is through a resistor IU
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mit einer Singangsklemme I verbunden, welche an eine nichtdax-g3steilte Steuerimpulsquelle für den Motor angeschlossen ist. Sin Widerstand IL-, dessen G-rö'sse so gewählt ist, dass sein Energieverbrauch während des Steuerimpulses klein bleibt, ist syrischen den Punkt X -rziö. den negativen Pol der Speise-"batt er ie ge s ehalt et.connected to a Singangsklemme I, which is connected to a non-DAX-g3-divided control pulse source for the motor. Sin resistance IL-, the G-size of which is chosen so that its energy consumption remains small during the control pulse, is the Syrian point X -rziö. the negative pole of the food batt is maintained.
Während des Auftretens eines Steuerimpulses im Punkt I wird der Transistor T- leitend, wodurch ein Stromfluss durch die Basis von Tn ens teilt liiicL gleichzeitig ein den Motor antreibender Kollektorstrom auftritt. Im-selben Zeitpunkt wird der Kondensator C aus der Batterie durch den über R, und denDuring the occurrence of a control pulse at point I, the transistor T- becomes conductive, as a result of which a current flow through the base of T n ens divides liiicL at the same time a collector current that drives the motor occurs. At the same time, the capacitor C is removed from the battery by the via R, and the
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Transistor T, fliessenden Strom geladen. Am Ende des Steuerimpulses sind die Transistoren T- und ΤΊ neuerlich gesperrt, da das Potential des Punktes I über den Widerstand Rr auf dasjenige des negativen Batteriepoles zurückgebracht wird.Transistor T, charged flowing current. At the end of the control pulse, the transistors T- and Τ Ί are again blocked, since the potential of point I is brought back to that of the negative battery pole via the resistor Rr.
Die Basis des Transistors Tp ist über einen Widerstand Rp an den Kollektor eines Transistors T. angeschlossen, dessen Emitter an den gemeinsamen Verbindungspunkt des Kondensators C und des Emitters des Transistors T? angeschlossen ist. Die Basis des Transistors T, ist über einen Widerstand R.The base of the transistor Tp is connected via a resistor Rp to the collector of a transistor T. whose emitter is connected to the common connection point of the capacitor C and the emitter of the transistor T ? connected. The base of the transistor T is connected to a resistor R.
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an die Eingangsklsmme I angeschlossen, welcher die Steuerimpulse zugeführt werden. Während dieser Impulse sind die Transistoren T. und Tp gesperrt. Am Ende jedes Steuerimpulses wird der Transistor T. leitend und die im Kondensator C angesammelte Energie fliesst in Form eines Entladestromes über T., R0 und die Basis-Emitterdiode des Transistors T_ ab. Der Transistor T^ wird dadurch leitend und bildet für den in der Motorwicklung induzierten Strom einen Pfad sehr geringen Widerstandes. Die Dauer der Öffnung des Transistors Tp wird durch die Werte von Rp und C bestimmt und beträgt beispiel sweise umgefähr 50 Millisekucien.connected to the input terminal I, to which the control pulses are fed. During these pulses, the transistors T. and Tp are blocked. At the end of each control pulse, the transistor T. becomes conductive and the energy accumulated in the capacitor C flows off in the form of a discharge current via T., R 0 and the base-emitter diode of the transistor T_. The transistor T ^ becomes conductive and forms a path of very low resistance for the current induced in the motor winding. The duration of the opening of the transistor Tp is determined by the values of Rp and C and is, for example, around 50 milliseconds.
Die .Schaltung nach Figur 1 erlaubt somit die Energie., welche im Basisstrom' des Transistors 1_ des Speisekreises enthalten is": und die sonst nicht nützlich, verwendet würde, zu speichern und am Ende des Steuerimpulses verfügbar zu machen. Die Schaltung verbraucht- demnach keine Energie ausserhal'b ier Seitdauer des Antr.ieb^impulses. wodurch eine ir. den me Ip-ten T^llei: sehr bedeuterde Ersparme erhielt werde":, kann. In o\jm ·..:; Beispiel angefühv.vr. Γε.11, ir. r\^::i ixe Dauer dea Antx:icT:j-■..;.-.ilees 5 Killisekur: ".>.■.:, beträ'· ', und circ ¥iede,;holungs:Frc·- • ':-" ζ -;ron ein Kz vov\'-i," ^t, wir.1 :'ii-· noT-'-alerwe.i -,a zur Vr-::■ ■ j:..;·.-".:-··:..-? der .Tranöi::.: . ''"■ :_:ü - '. b-· ν;:^άε ^!/enn 99 . J1 J The circuit according to FIG. 1 thus allows the energy which is contained in the base current of the transistor 1 of the supply circuit and which would otherwise not be used to be stored and made available at the end of the control pulse no energy outside of the long-term duration of the drive impulse, whereby an ir. In o \ j m · ..:; Example given from right Γε.11, ir. R \ ^ :: i ixe duration dea Antx : ic T: j- ■ ..; .-. Ilees 5 Killisekur: ".>. ■.:, Beträ '·', and circ ¥ iede ,; holungs: F rc · - • ' : - " ζ -; r on a Kz vo v \ '- i, "^ t, wir. 1 :' ii- · noT -'- alerwe.i -, a to Vr - :: ■ ■ j: ..; · .-". : - ··: ..-? the .Tranöi ::.:. ''"■ : _: ü - '. B- · ν ;: ^ άε ^! / Enn 99. J 1 J
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des Arbeitssyklus eingespart;.of the work cycle saved.
Die in Figur 1 dargestellte"Vorrichtung erfordet im Hinblick auf die dargestellte Schaltung der Transistoren C-j und Tu einerseits und Tv. und T,, andrerseits eine Speisespannung von mehr als 1,7 7. Für verschiedene Anwendungen ist es jedoch wünschbar Miniaturbatterie::- von geringerer Spannung zu verwenden, beispielsweise Batterien von 1,35 oder 1,5 7. In diesem Fall erlaubt die ir Figur 2 dargestellte Ausführungsform die Anwendung des Grundprinzips der srfindungsgemsssen Vorrichtung.The device shown in Figure 1 requires in view of on the illustrated circuit of the transistors C-j and Tu one hand and Tv. and T ,, on the other hand a supply voltage of more than 1.7 7. For various uses, however, it is desirable miniature battery :: - to use lower voltage, for example batteries of 1.35 or 1.5 7. In this case, the embodiment shown in FIG. 2 allows the application of the basic principle of the invention Contraption.
Tn der Schaltung nach Figur 1 sind die Schaltelemente, deren Funktion analog derjenigen der entsprechenden Elemente der Figur 1 ist in der gleichen ¥eise "bezeichnet und die Beschreibung der Schaltung wird zur 7er™eidung von Wiederholungen auf die Unterschiede gegenüber· der vorhergehenden Anordnung beschränkt.Tn the circuit of Figure 1 are the switching elements, their Function analogous to that of the corresponding elements of the Figure 1 is referred to in the same ¥ ice "and the description the circuit becomes the division of repetitions limited to the differences compared to the previous arrangement.
Eachdem die Transistoren T1 und Tu in den nun betrachteten Fall nicht mehr so geschaltet werden können^, dass die Zmitter-Basisdioie des einen in Serie sit der Emitter-Kollektorstrel-:- ke des anderen liegt, is~ ss nicht möglich den Basisstrom von ϊ- 1ZXuI- Aufladung -des Zcudensators C zu verwenden ο Der Emitter von £_ ist daher direkt mit dem negativen Pol der Batterie verbunden und die Basen von TL und T~ werden parallel gesteuert; und zwar mit Zilfs eines durch den Transistor Su und einen Widerstand Z- gebildeten Hilfssteüerkreiseso Die Emitter-KollektorstrsÄe ö.es Trs:näis"Gors Tn. ist syrischenEach since the transistors T 1 and Tu can no longer be switched in the case under consideration, so that the Zmitter-Basisdioie of the one is in series with the emitter-collector current of the other, the base current of the other is not possible ϊ- 1 ZXuI- charging - to use the capacitor C ο The emitter of £ _ is therefore directly connected to the negative pole of the battery and the bases of TL and T ~ are controlled in parallel; namely with a Zilfs Hilfssteüerkreiseso formed by the transistor and a resistor Su Z- The emitter KollektorstrsÄe ö.es Trs. näis "Gor T n is Syrian
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viul cLc:. negativen" Pol der 3atte::u5 geschaltet, währe:·...'"" der viul cLc :. negative "pole of the 3atte :: u5 switched, would be: · ... '""der
¥ährend des Steuerimpulses sind die Transistoren T1-, T^ und T-, leitend, wobei der Transistor T- den Ladekreis des Kondensators C schliesst und der Basisstrom des Transistors T-über R1 und T1- zum negativen Pol der Batterie fliesst. Am Ende des Impulses ist der Bremskreis in der gleichen Weise vie in Figur 1 geschlossen.During the control pulse, the transistors T 1 -, T ^ and T - are conductive, the transistor T - closing the charging circuit of the capacitor C and the base current of the transistor T - flowing through R 1 and T 1 - to the negative pole of the battery . At the end of the pulse, the brake circuit is closed in the same way as in FIG.
Die mit der Schaltung nach Figur 2 erzielte Einsparung ergibt sich wiederum aus der Tatsache, dass die Vorrichtung keine Energie in den Ruhezeiten zwischen den Antriebsimpulsen verbraucht, da die jeweils zur Steuerung des Bremskreistransistors notwendige Energie während des vorhergehenden Impulses gespeichert wurde.The saving achieved with the circuit according to FIG. 2 results in turn from the fact that the device no energy is consumed in the rest periods between the drive pulses, since each is used to control the brake circuit transistor necessary energy was stored during the previous pulse.
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Claims (1)
folgenden Zeitintervall leitet.7 · ■ Device according to claim 6, in which the supply circuit of the motor contains the series connection of the direct voltage source, the emitter-collector path of a control transistor and the motor winding, the motor being driven by the opening and closing of the control transistor under the influence of a control pulse source Pulses takes place, characterized in that the base of the control transistor (T 1 ) of the supply circuit, the base of the charge circuit transistor (T ,,) and the base of the discharge circuit transistor (T-) are connected to the control pulse source via an auxiliary control circuit, so that the first two (T 1 , T ~) of these transistors only conduct during the duration of the control pulse and the third transistor (T.) is blocked at least during this duration, and that this third transistor (T.) in an immediately
the following time interval.
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Also Published As
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Legal Events
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| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |