DE2758509C2

DE2758509C2 - Verfahren zur wahlweisen Steuerung mehrerer Gleichstrom-Motoren

Info

Publication number: DE2758509C2
Application number: DE2758509A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Hunger; Manfred Preiss; Lothar Sachsse
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-12-28
Filing date: 1977-12-28
Publication date: 1980-01-10
Also published as: GB2013011A; DE2758509B1; JPS5499915A; FR2413812A1; GB2013011B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur wahlweisen Steuerung des Drehmomentes und der Drehrichtung mehrerer, unabhängig voneinander betreibbarer Gleichstrommotoren mittels getakteten Gleichstroms und dessen Polarität, wobei zwei Steuersignale unterschiedlicher Frequenz zur Bestimmung der Drehrichtung verwendet sind, vorzugsweise für elektromotorisch fco angetriebene Spielzeuge, wie Eisenbahnen, Autos o. ä. Bei derartigen Spielzeugen ist es wünschenswert, daß der oder die Spielenden mehrere elektromotorisch angetriebene Spielzeuge gleichzeitig oder wahlweise nacheinander steuern, ohne daß andere Spielzeuge davon beeinflußt werden.

Bekannt ist z. B. über dritte Schienen oder eine Oberleitung verschiedene Spielzeugzüge unterschiedlich zu steuern, ferner über verschiedene Frequenzen mit den Motoren zugeordneten Empfängern und Filtern unterschiedliche Energie dem ausgewählten Motor zuzuführen. Es ist ferner bekannt, die Drehmomente und die Drehrichtungen mehrerer, unabhängig voneinander betreibbarer Gleichstrommotoren mittels getakteten Gleichstromes und dessen Polarität zu steuern, wobei zwei Steuersignale unterschiedlicher Frequenz zur Bestimmung der Drehrichtung verwendet werden (Märklin-Magazin, 1970, Heft 2, Seiten 10-13).

Bei der Verwendung von einer dritten Schiene und einer Oberleitung ist nur eine begrenzte Anzahl Züge unterschiedlich steuerbar, und die Lichter an den beleuchteten Zugwagen erlöschen, wenn der Zug anhält, weil der Strom auf den Schienen unterbrochen wird.

Bei der ebenfalls bekanntgewordenen Verwendung von verschiedenen Frequenzen zur Fernsteuerung werden die Drehmomente durch eine Analogsteuerung geregelt. Dadurch entstehen an den Regeltransistoren große Wärmeverluste, und es müssen starke Leistungstransistoren mit Kühlblechen verwendet werden. Das gleichzeitige Überlagern von mehreren Frequenzen erfordert teure, trennscharfe Filter und ist sehr störanfällig. Diese Störanfälligkeit ist auch dann vorhanden und diese trennscharfen Filter werden auch dann benötigt, wenn man die Motorenergie mit getaktetem Gleichstrom dem Motor zufügt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mehrere Motoren von z. B. Spielzeug-Eisenbahnen, wahlweise oder auch gleichzeitig zu steuern, ohne daß diese Steuerimpulse gegenseitige Störungen erzeugen und ohne daß hochwertige Filter verwendet werden müssen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß für jeden der η-Motoren in periodischer Wiederkehr Zykluszeiten der Größe Gesamtzeit eines Zyklus (z) dividiert durch η zur Aussendung der für ihn bestimmten Steuerimpulssignale zur Verfügung stehen, wobei innerhalb dieser Zykluszeit je Motor entweder keine Steuersignale (Stillstand oder Leerlauf ohne Energiezufuhr) oder Steuersignale einer der beiden Frequenzen, die nur für seinen Empfänger erkennbar sind, gesendet werden, und wobei für die Steuersignale innerhalb der Zykluszeit die Möglichkeit besteht, das Verhältnis zwischen Senden und Sendepause zur Bestimmung des Drehmomentes wählbar zu variieren.

Bei diesem Verfahren zur wahlweisen Steuerung des Drehmomentes und der Drehrichtung mehrerer Gleichstrommotoren isi es ein Vorteil, daß zu dem jeweiligen Zeitpunkt nur Steuersignale einer einzigen Frequenz ausgesendet werden, die mittels Filter erkannt und durch geeignete Schaltungsmaßnahmen ausgewertet werden. Trotz der geringen modulierten Steuerspannung dieser Steuersignale und trotz des verhältnismäßig geringen Frequenzabstandes der Steuersignale bei verhältnismäßig hohen Frequenzen im 100- bis 150-kHz-Bereich ist die Selektierung mit nicht so trennscharfen Filtern möglich, die sogar ohne Induktivität in einem IC auf kleinstem Raum integriert werden können.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bemessung der Zykluszeit durch einen Taktgenerator und der Verteilung seiner Ausgangsimpulse auf die je Motor zugeordneten Steuersignalgeber durch einen Multiplex-Baustein erfolgt, beispielsweise gebildet aus einem Ringzähler oder einem Schieberegister.

Ein Ausführungsbeispiel der Schaltung ist in dem Blockschaltbild, F i g. !,beschrieben:

Der Taktgenerator 1 erzeugt die Arbeitsfrequenz des Multiplexers 2, welcher seriell die Wirkung der einzelnen Geber 3 bis 4 freigibt. Wird die Gesamtzahl der zu steuernden Gleichstrom-Motoren mit Π bezeichnet, so sind diese Geber 3 bis 4 insgesamt n-mal 3 vorhanden. In den Gebern wird entweder keine oder eine von mindestens zwei wählbaren Steuerfrequenzen, z. B. mittels zweier Gatter durch Zuschalten unterschiedlichei· Widerstände, erzeugt. Die Steuerfrequenz der Geber moduliert die Gleichspannung, die aus der κι Stromquelle 15 über Modulator 5 über den Übertragungsweg 10 zur Empfangs-Eingangsstufe 6 geleitet wird. Das Blockschaltbild der F i g. I ist so zu verstehen, daß die Empfangsstufe 6 nebst anschließenden Teilen 7 bis 9 n-normal vorhanden ist In der Empfangsstufe 6 befindet sich ein Verstärker, der die aufmodulierten Frequenzen von der Gleichspannung trennt und verstärkt. Von dort gelangen diese zur Impulsauswertung 7, in welcher mittels Filter die Frequenzen aussortiert und die Impulslänge ausgewertet werden.

Von dort werden die Impulse zur Endstufe 8 geleitet, in der sich die vorzugsweise als Polwendeschalter wirkenden Schalttransistoren befinden.

Je nach Polarität ändert sich der Drehsinn, je nach Gleichstromschalttaktdauer das Drehmoment des Motors 9.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist mit dem Blockschaltbild, F i g. 2, beschrieben.

Auch hier erzeugt der Taktgenerator 1 die Arbeitsfre- jo quenz des Multiplexers 2, welcher seiiell die Wirkung der einzelnen Geber 3 bis 4 freigibt

Die Steuerfrequenz der Geber moduliert die Gleichspannung aus der Stromquelle 15 im Modulator 5. Damit wird der Sender 11 gespeist, der über einen Übertragungsweg 12, bestehend aus vorzugsweise einer Ultraschall- oder Infrarot- oder einer Hochfrequenz-Übertragungsstrecke, diese Informationen an einen Empfänger 13 weiterleitet.

Von da an geht es wie bereits unter F i g. 1 beschrieben über die Empfangseingangsstufe 6, die Impulsauswertung 7 und die Endstufe 8 zum Motor 9, wobei die Energie für die Funktionen der Stufen 13; 6; 7; 8 und 9 von der zusätzlichen, dem Motor zugeordneten Stromquelle 14, z. B. einer transportablen Batterie, geliefert werden.

Das Blockschaltbild, F i g. 2, ist so zu verstehen, daß der Empfänger 13 nebst anschließenden Teilen 6 bis 9 und 14 jeweils n-mal vorhanden ist.

In Fig.3 ist das Beispiel eines Zeitzyklus für η = 5 Motore graphisch dargestellt Bezeichnet man die Länge eines Multiplex-Zyklus mit z, so erhält jeder

Motor in zeitlicher Folge ΐ der Zeit zugeteilt.

Hierbei tritt keinerlei gegenseitige Überschneidung auf. Zu diesem beschriebenen Zyklus gehören fünf Geber A bis E, die z. B. in einem Steuerpult vereinigt sind und von dem aus man fünf verschiedene Lokomotiven, z. B. a bis e, jede für sich in freier Wahl, und zwar gleichzeitig oder nacheinander beeinflussen kann.

Beim Geber A ist gezeigt, daß eine Steuerfrequenz für den Normaldrehsinn nur etwa zu 50% der verfügbaren

Zeit ^ gesendet wird. Während der restlichen Zeit

herrscht Sendepause. Das bewirkt, daß der betreffende Lokornotiv-Motor nur mit etwa 50% Energie und damit etwa halbem Drehmoment bet-.-eben wird, weil die anhand der Fig. 1 und 2 beschriebene Elektronik während der gesamten Zykluszeit ζ dem Motor a etwa die halbe Energie zur Verfügung stellt.

Beim Geber B ist gezeigt, daß keine Steuerfrequenz ausgesendet wird, es herrscht somit Sendepause und der Motor b steht still oder befindet sich im Leerlauf.

Beim Geber Cist gezeigt, daß eine Steuerfrequenz für den Normaldrehsinn etwa zu 100% der verfügbaren

Zeit -ϊ- gesendet wird. Das bewirkt, daß der betreffende

Lokomotiv-Motor mit etwa 100% Energie und damit mit dem vollen Drehmoment betrieben wird, weil die anhand der Fig. 1 und 2 beschriebene Elektronik während der gesamten Zykluszeit ζ dem Motor c etwa 100% der Energie zur Verfügung stellt

Bei dem Geber D ist gezeigt, daß die Steuerfrequenz für den Umkehrsinn zu etwa 100% der verfügbaren Zeit

!-gesendet wird. Das bewirkt, daß der betreffende

Lokomotiv-Motor etwa zu 100% Energie und damit mit dem ganzen Drehmoment betrieben wird, und zwar während der ganzen Zykluszeit ζ im Umkehrsinn.

Bei Geber E ist gezeigt, daß eine Steuerfrequenz für den Normaldrehsinn nur etwa zu 75% der verfügbaren

Zeit -j- gesendet wird. Analog ist die zugeführte Energie

und das entsprechende Drehmoment des Lokomotiv-Motors emit etwa 75% bemessen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur wahlweisen Steuerung des Drehmomentes und der Drehrichtung mehrerer, unabhängig voneinander betreibbarer Gleichstrommotoren mittels getaktetem Gleichstromes und dessen Polarität, wobei zwei Steuersignale unterschiedlicher Frequenz zur Bestimmung der Drehrichtung verwendet sind, vorzugsweise für elektro- ι ο motorisch getriebene Spielzeuge, wie Eisenbahnen, Autos o. ä, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden der n-Motoren in periodischer Wiederkehr Zykluszeiten der Größe Gesamtzeit eines Zyklus (z) dividiert durch π zur Aussendung der führ ihn bestimmten Steuerimpulssignale zur Verfügung stehen, wobei innerhalb dieser Zykluszeit je Motor entweder keine Steuersignale (Stillstand oder Leerlauf ohne Energiezufuhr) oder Steuersignale einer der beiden Frequenzen, die nur für seinen Empfänger erkennbar sind, gesendet werden und wobei für die Steuersignale innerhalb der Zykluszeit die Möglichkeit besteht, das Verhältnis zwischen Senden und Sendepause zur Bestimmung des Drehmomentes wählbar zu variieren.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bemessung der Zykluszeit durch einen Taktgenerator (1) und der Verteilung seiner Ausgangsimpulse auf die je Motor zugeordneten Steuersignalgeber (3 jo bis 4) durch einen Multiplex-Baustein (2) erfolgt, beispielsweise gebildet aus einem Ringzähler oder einem Schieberegister

3. Anordnung nach Anspr A 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Steuersignalgebern (3 bis j> 4) über einen Modulator (5) nacheinander ausgesendeten Steuersignale über nur eine Leitung (10) an die verschiedenen Empfänger geleitet werden.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Steuersignalgebern (3 bis 4) über einen Modulator (5) nacheinander ausgesendeten Steuersignale einem Sender (11) für Ultraschall oder Hochfrequenz oder Infrarot zugeleitet sind, dem entsprechende Empfänger (13) zugeordnet sind, die die Steuersignale den Empfangseingangs- 4; stufen (6) zuleiten, wobei Sender auf der einen Seite und Empfänger und Motor (9) auf der anderen Seite mit je einer getrennten Stromquelle (14; 15) ausgerüstet sind.

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