-
Drehzahlgeregelter kol lektorloser Gleichstrommotor
-
Zusatz zu P 26 16 o44.1 Die Erfindung betrifft einen drehzahlgeregelten,
kollektorlosen Gleichstrommotor mit permanentmagnetischem Rotor, insbesondere nach
Patentanmeldung P 26 16 o44.1.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem solchen Motor die elektronische
Schaltung zur Drehzahlregelung in möglichst einfacher Weise so zu ergänzen, daß
eine von dem Vergleich zwischen Sollwert und Istwert gesteuerte Bremsung des Motors
einsetzt, sobald der Sollwert der Drehzahl um einen geringen Betrag über schritten
wird.
-
Denn in vielen Anwendungsfällen drehzahlgeregelter Motoren wird verlangt,
daß der Motor bei Oberschreitung der Solldrehzahl gebremst wird. Diese Forderung
kann z.B. auch schon dann auftreten, wenn der Motor bei mehreren verschiedenen Drehzahlen
arbeiten soll und beim Umschalten von einer höheren zu einer niedrigeren Drehzahl
die neue Solldrehzahl möglichst rasch erreichen soll.
-
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, daß die erfindungsgemäße
Bremsschaltung insbesondere auch an solchen Motoren anwendbar ist, die keinen besonderen
Tachogenerator aufweisen, sondern bei denen ein der Drehzahl proportionales Signal
aus den in den Motorwicklungen induzierten Spannungen erzeugt werden muß. Dabei
ist wichtig, daß während des Bremsvorgangs dieses der Drehzahl proportionale Signal
nicht gestört wird, damit die Bremsung bei Erreichung der Solldrehzahl beendet werden
kann.
-
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten,
in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispiel.
-
Es zeigt Figur 1 ein Obersichtsschaltbild eines erfindungsgemäßen
Motors, teilweise als Blockschaltbild dargestellt,
Figur 2 ein ausführliches
Schaltbild der Regelschaltung gemäß Figur 1.
-
Figur 1 zeigt den elektrischen Aufbau eines Motors, wie er in der
eingangs genannten Anmeldung oder auch in der DAS 2 346 380 näher dargestellt und
beschrieben ist.
-
Der Motor lo hat einen symbolisch angedeuteten Permanentmagneten 11
und zwei Statorwicklungen 12 und 13, welche im Betrieb ein elektromagnetisches Wechselfeld,
also kein Drehfeld, erzeugen.
-
Beide Wicklungen sind über eine Leitung F und über einen Widerstand
14 mit einer Plusleitung E verbunden. Ihre anderen Anschlüsse 15 und 16 sind jeweils
mit dem Kollektor eines npn-Transistors 17 bzw. 18, der Kathode einer Diode f9 bzw.
20 und dem einen Anschluß eines Widerstands 23 bzw. 24 verbunden, welch letztere
miteinander und über eine Leitung B mit dem einen Eingang eines Verstärkers 25 verbunden
sind. Ebenso sind die Anoden der Dioden 19 und 20 miteinander und über eine Leitung
H mit dem einen Anschluß eines Potentiometers 26 verbunden, dessen anderer Anschluß
an E liegt und dessen Abgriff über eine Leitung A mit dem anderen Eingang von 25
verbunden ist. Der Verstärker 25 liegt an einer durch eine Zenerdiode 27 stabilisierten
Spannung; die Z-Diode 27 liegt zwischen den Leitungen D und E und zwischen der Leitung
D und dem Anschluß des Motors liegt ein Vorwiderstand 28 der Z-Diode 27.
-
Die Basen der Transistoren 17 und 18 sind jeweils mit dem Ausgang
eines Hal lgenerators 31 verbunden, während ihre Emitter miteinander und über einen
Widerstand 32 mit dem Anschluß 0 verbunden sind, an den auch über einen Widerstand
33 der eine Stromanschluß des Hallgenerators 31 angeschlossen ist, dessen anderer
Stromanschluß mit dem Emitter eines Regel transistors 34 (npn) verbunden ist, dessen
Kollektor über einen Widerstand 35 mit der Leitung F verbunden ist.
-
Der gesamte Regler ist an die geregelte Spannung zwischen den Leitungen
D und E angeschlossen. Dargestellt ist dies in Figur 1 nur für den Verstärker 25.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 25 wird einem Anpassungsnetzwerk 38 zugeführt,
dessen Ausgangssignal zur Triggerung eines monostabilen Multivibrators 39 dient,
an dessen Ausgang eine Integrator-und Phasenschieberschaltung 40 angeschlossen ist,
an deren Ausgang ein Drehzahl-Istwertsignal in Form einer Gleichspannung auftritt,
der eine Welligkeit gewünschter Phasenlage und Amplitude überlagert ist, und dieses
kombinierte Signal wird einem Vergleicher 42 zugeführt, dessen anderem Eingang 43
eine Führungsgröße ( Drehzahl-Sollwert, überlagert mit motorstromabhängiger Gegenkopplung)
zugeführt wird. Zur Erzeugung der Führungsgröße dient ein Spannungsteiler mit einem
ersten Widerstand 44 zwischen der Leitung D und 43, einem zweiten Widerstand 45
zwischen 43 und F und dem Widerstand 14 zwischen F und E. Wenn kein Motorstrom fließt,
bestimmt sich die Höhe der Führungsgröße an 43 einfach durch das Verhältnis (R14
+ R45) : (R14 + R45 + R44), und da dieser Spannungsteiler an der durch die Z-Diode
27 stabilisierten Spannung liegt, ist bei stromlosem Motor auch die Führungsgröße
an 43 festgelegt. Fließt dagegen ein Strom im Motor lo und damit durch den Widerstand
14, so entsteht an diesem ein Spannungsabfall und das Potential der Leitung F sinkt,
so daß auch das Potential an 43 sinkt. Mit zunehmendem Motorstrom wird also die
Führungsgröße kleiner, und dies bewirkt eine Gegenkopplung, welche die Kreisverstärkung
des Regelkreises verringert und dadurch den Regler stabilisiert. Diese Gegenkopplung
ist in sehr einfacher Weise durch Wahl des Widerstandes 14 einstellbar. Obwohl also
der Motor lo an der ungeregelten Spannung zwischen E und 0 liegt, liegt der Spannungsteiler
R14 - R45 - R44 an der geregelten Spannung zwischen E und D, und an diesem Spannungsteiler
wirkt eine motorstromabhängige Teilspannung, welche die Gegenkopplung bewirkt. Es
wird dies in erfindungsgemäßer Weise dadurch ermöglicht, daß der Vorwiderstand 28
der Z-Diode 27 in der Minusleitung, der Widerstand 14 für die Gegenkopplung dagegen
an der Plusleitung E liegt. Hierdurch wird ein direktes Einführen der Gegenkopplungsspannung
in den Regelkreis ermöglicht.
-
Das Ausgangssignal des Vergleichers 42 wird über eine Leitung C der
Basis des Transistors 34 zugeführt-. Wird die Motordrehzahl zu hoch, so wird auch
das Ausgangssignal des Integrators 40 groß, der Vergleicher 42 gibt ein großes Signal
ab und dieses sperrt den Transistor 34 fast durchgehend, so daß der Hall generator
31 nur wenig oder gar keinen Strom erhält und der Motor weitgehend stromlos wird.
-
Zur Umschaltung der geregelten Motordrehzahl, z.B. von 300 auf 600
U/min., dient eine elektronische Drehzahlumschaltung 41, welche kontaktlos sowohl
den Monoflop 39 wie den Integrator und Phasenschieber 40 umschaltet.
-
In Figur 2 ist der Motor lo nicht nochmals dargestellt, sondern es
sind nur die zu ihm fuhrenden Leitungen B, C, D, E, F, H, I gezeigt, die mit den
gleich bezeichneten Leitungen der Figur 1 übereinstimmen. Ebenso wie in Fi.gur 1
ist auch in Figur 2 das Anpassungsnetzwerk mit 38, der Monoflop mit 39, der Integrator
und Phasenschieber mit 40, die elektronische Drehzahlumschaltung mit 41 und der
Vergleicher mit 42 bezeichnet. Ferner sind auch die Widerstände 44 und 45 sowie
ihr Abgriff 43 für die Erzeugung der Führungsgröße dargestellt.
-
Der Monoflop 39 enthält zwei npn-Transistoren 66 und 67, deren Emitter
jeweils mit D verbunden sind. 65 ist mit der Basis von 66 verbunden; der Kollektor
von 66 ist über einen Widerstand 68 mit E, über einen Widerstand 69 mit D und über
einen Kondensator 72 mit der Basis von 67 verbunden, dessen Kollektor mit dem Ausgang
73 des Monoflops1 über einen Widerstand 74 mit 65 und über einen Widerstand 70 mit
E verbunden ist. Ferner ist die Basis von 67 über ein Potentiometer 75 und einen
Widerstand 76 mit E verbunden. Die Basis von 67 ist über ein Potentiometer 77 und
einen Widerstand 78 mit dem Kollektor eines pnp-Transistors 79 verbunden, dessen
Emitter an E liegt. Ist 79 gesperrt, so sind 75 und 76 die Ladewiderstände für den
Kondensator 72, und es ergibt sich eine relativ lange Ladezeit und dadurch eine
lange Impulsdauer des Monoflops 39, wie sie bei niederen Drehzahlen erforderlich
ist.
-
Ist 79 leitend, so wird der Ladewiderstand für 72 kleiner, und die
Impulsdauer wird kürzer, wie das bei einer höheren Drehzahl erforderlich ist.
-
73 ist mit dem Eingang des Phasenschiebers und Integrators 40 verbunden,
und zwar führt von 73 ein Widerstand 82 zu einem Knotenpunkt 83, der seinerseits
über einen Kondensator 84 mit dem Abgriff 43 und über einen Widerstand 85 mit der
Basis eines pnp-Vergleichertransistors 86 verbunden ist. Zwischen dieser Basis und
43 liegt ein Kondensator 87,und ein Kondensator 88 liegt zwischen dieser Basis und
dem Kollektor eines npn-Schalttransistors 89, dessen Emitter ebenso wie der von
86 mit 43 verbunden ist. Die Basis von 89 ist über einen Widerstand 92 mit D und
über einen Widerstand 93 mit dem Kollektor eines pnp-Schalttransistors 94 verbunden,
der seinerseits über einen Widerstand 95 mit der Basis von 79 verbunden ist, während
sein Emitter an E liegt und seine Basis über einen Widerstand 96 mit einem Steuereingang
97 verbunden ist.
-
Die Transistoren 79, 89 und 94 gehören zur elektronischen Drehzahlumschaltung
41. Wenn 94 an seinem Eingang ein negatives Potential erhält, wird er leitend und
sperrt dadurch 79, so daß, wie bereits erläutert, der Monoflop 39 auf eine lange
Impulsdauer umgeschaltet wird. Ferner wird dann 89 leitend und schaltet dadurch
den Kondensator 88 (groß) parallel zum Kondensator 87 (klein) und paßt dadurch den
Phasenschieber 40 an die niedroge Frequenz der vom Monoflop 39 abgegebenen Impulse
und deren verlängerte Zeitdauer an. Umgekehrt werden bei positivem Potential am
Steuereingang 97 die Transistoren 94 und 89 gesperrt, während der Transistor 79
leitend wird und dadurch die Impulsdauer des Monoflops 39 verkürzt.
-
Die erfindungsgemäße Bremsschalting ist so aufgebaut, daß ein Vergleichstransistor
lol mit seiner Basis am Ausgang des Filters 40, welches eine wellige, der Ist-Drehzahl
proportionale Spannung liefert und mit seinem Emitter an einem Spannungsteiler 44,
45, 102, welcher eine der Soll-Drehzahl proportionale Spannung liefert, verbunden
ist und dessen Kollektor mit der Basis
eines weiteren Transistors
loo, Figur 1, verbunden ist, dessen Emitter mit der positiven Leitung E der Versorgungsspannung
und dessen Kollektor über zwei Dioden 19, 20, welche für den Kollektorstrom des
Transistors loo in Flußrichtung geschaltet sind, mit den Anschlüssen der Motorwicklunq
15 und 16 verbunden ist.
-
Die erfindungsgemäße Bremsschaltung arbeitet wie folgt: Tritt eine
9berschreitung der Ist-Drehz3hl tiber die Soll-Drehzahl ein, so wird, wie bei jedem
proportional wirkenden Drehzahl regler, zunächst der tiotorstrom unterbrochen. Dies
geschieht dadurch, daß die Basis des pnp-Transistors 86 positiver wird als dessen
Emitter wodurch über den verstärkenden Transistor 34 der Steuerstrom des Hal lgenerators
31 und damit der Motorstrom in den Endstufentransistoren 17 und 18 unterbrochen
wird.
-
Wird die Ist-Drehzahl weiter erhöht, so daß die der Ist-Drehzahl entsprechnnde
Spannung um ca. o,6 Volt positiver wird als die der Soll-Drehzalll entsprechende
Spannung am Punkt 104 des Spannungs -teilers 44, 45, 102, so wird der Vergleichstransistor
lol leitend, dessen Kollektorstrom seinerseits den Transistor loo leitend macht.
Dadurch werden huber die Dioden 19 bzw. 20 diejenigen in den Motorwicklungen 12
und 13 induzierten Spannungshalbwel len annähernd kurzgeschlossen, die die gleiche
Polarität wie die an der Schaltung anliegende Betriebsspannung aufweisen.
-
Die dadurch in den Motorwicklungen 12 und 13 fließenden Ströme bewirken
ein bremsendes Drehmoment.
-
Eine wesentliche Eigenschaft der erfindungsgemäßen Bremsschaltung
ist, daß die in den Motorwicklungen 12 und 13 fließenden Ströme von den Widerständen
23 und 24 gemessen werden und, da sie den in den Wicklungen induzierten Spannungen
proportional sind, als Ersatz für die fehlenden, im Normalbetrieb von den Dioden
19 und 20 ausgekoppelten Spannungshalbwellen dienen können, d.h. die Triggeruna
der flonoflo-SchelelJng übernehmen kennen. Damit ist gewährleistet, daß auch im
gebremsten Zustand des rotors dem Regler ein der Ist-Drehzahl proportionales Signal
zur Verfügung steht.
-
Weitere Einzelheiten der Erfindung bzw. Kombinationen mit Merkmalen
der Stammanmeldung sind in Zusammenhang mit dieser zu sehen, weshalb zur Vervollständigung
der Beschreibung ausdrücklich auf diese (P 26 16 o44.1) hingewiesen wird.