DE3027729A1

DE3027729A1 - Motorsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE3027729A1
Application number: DE19803027729
Authority: DE
Inventors: Ryuzo Motoori
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1979-07-23
Filing date: 1980-07-22
Publication date: 1981-02-12
Also published as: JPS5620395U; US4319171A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Motorsteuervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Steuervorrichtung dient zum Steuern der Drehrichtung und der. Bremsung eines Gleichstrommotors, insbesondere zum Steuern eines Motors, der in einer automatischen Fokussierungsvorrichtung oder einer automatischen Blendeneinstellvorrichtung für eine Kamera verwendet wird.

Be! zahlreichen Vorrichtungen, die einen von einer Gleichstromquelle angetriebenen Gleichstrommotor (nachstehend als "Motor" bezeichnet) aufweisen, ist es im allgemeinen erforderlich, nicht nur die Rotation des Motors in einer Laufrichtung zu steuern, sondern auch den Motor kurzfristig anzuhalten und dessen Drehrichtung umzukehren. Die Möglichkeit, den Motor kurzfristig anzuhalten und dessen Drehrichtung rasch zu ändern, ist besonders in den Fällen wesentlich, in denen der Motor in einem Servosystem ver—

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wendet wird, wo generell eine rasche und genaue Steuerung wichtig ist.

Ein Servosystem mit einigen der vorstehend erwähnten Eigenschaften kann mit bestimmten Einschränkungen dadurch ei— halten werden, daß die Empfindlichkeit oder die Ansprechgeschwindigkeit des Servosystems erhöht wird. Durch eine Erhöhung der Empfindlichkeit wird jedoch das von der Trägheit des Motors und der angetriebenen Teile hervorgerufene Hunting-Phänomen vergrößert, was zu einer Verringerung der Betriebsstabilität führt. Es gibt zahlreiche Versuche zur Minderung des Hunting-Phänomens. Ein Vorschlag besteht darin, das Untersetzungsverhältnis eines von der Motorwelle angetriebenen, mehrstufigen Getriebes zu vei— großem. Ein weiterer bekannter Vorschlag geht dahin, den Totbereich des Servosystems zu verbreitern. Sämtliche bekannten Vorschläge führen jedoch entweder zu einer unei— wünschten Begrenzung der Empfindlichkeit des Servosystems und/oder zu einer Verringerung der Genauigkeit, mit welcher das Servosystem gesteuert werden kann.

Desweiteren ist es auch bei lediglich gesteuerten Systemen oder bei motorgetriebenen Vorrichtungen, bei denen die Trägheit der angetriebenen Teile, wie beispielsweise der

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mit der Motorwelle in Wirkverbindung stehenden Teile zur Drehmomentübertragung, verhältnismäßig groß ist, außerordentlich schwierig, die Drehbewegung des Motors kurzfristig anzuhalten oder eine genaue Steuerung der Motordrehung zu erzielen.

Damit treten bei sämtlichen Vorrichtungen, die eine rasche und genaue Motorsteuerung benötigen, insbesondere bei Vorrichtungen, die einen Kleinst-Gleichstrommotor aufweisen, wie beispielsweise im Falle eines Servomechanismus für eine automatische Blendeneinstellvorrichtung oder eine automatische Fokussiereinrichtung für eine Kamera, stets die vorstehend erwähnten Schwierigkeiten auf.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß darin, eine Motorsteuervorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche bei hoher Empfindlichkeit, d.h. hoher Ansprechgeschwindigkeit, engem Totbereich und hoher Genauigkeit in der Lage ist, den Motor kurzfristig anzuhalten sowie die Laufrichtung des Motors rasch umzukehren.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1 ergeben sich aus

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den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird mit ihren weiteren Einzelheiten und Vorteilen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein elektrisches Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Motorsteuervorrichtung;

Fig. 2 ein Schaltbild einer Steuerschaltung zum Steuern der Motorsteuervorrichtung gemäß Fig. 1;

Flgn. 3A Zeitdiagramme für den Verlauf und die gegenbis 3J seitige Phasenlage der einzelnen Signale Innerhalb der Steuerschaltung nach Fig. 2;

FIg. 4 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Steuerschaltung zur Steuerung der Motorsteuervorrichtung gemäß Fig. 1, und

FIg. 5 ein elektrisches Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Motor— steuervorrichtung.

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FIg. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Motorsteuervorrichtung. Wie aus der Figur hervoi— geht, sind ein erstes Paar seriengeschalteter Halbleitei— Schaltelemente 1 und 4 und ein zweites Paar seriengeschalteter Halbleite!—Schaltelemente 2 und 3 parallel zueinander mit einer Gleichstromquelle 6 verbunden. Die Schaltelemte 1 bis 4, die im dargestellten Beispielsfalle aus Transistoren bestehen, bilden eine Brückenschaltung, wobei in jedem Zweig der Brückenschaltung ein Transistor angeordnet ist. Zwischen den Mittelpunkten der Brückenschaltung, die mit einem Schaltpunkt zwischen den Transistoren 1 und 4 des ersten Paares und einem Schaltpunkt zwischen den Transistoren 2 und 3 des zweiten Paares ve»— bunden sind, ist ein Motor 5 angeschlossen.

Die Transistoren 1 und 2 liegen in einem ersten Paar gegenüberliegender Diagonalzweige der Brückenschaltung, während die Transistoren 3 und k in einem zweiten Paar gegenüberliegender Diagonalzweige der Brückenschaltung liegen. Der Ausdruck "gegenüberliegende Diagonalzweige" bezieht sich auf Zweige der Brückenschaltung, die parallel zueinander auf gegenüberliegenden Seiten der Brückenschaltung liegen, wenn die Brückenschaltung in Rautenform gezeichnet wird. Desweiteren werden vorliegend zwei Zweige der Brückenschaltung als "benachbart" bezeichnet,

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wenn sie zusammen an einem Ende mit der einen Seite einer an die Brückenschaltung angelegten GIeIchspannungsquei1e verbunden sind und mit Ihren gegenüberliegenden Enden zu unterschiedlichen Mittelpunkten der Brückenschaltung führen. Entsprechend dieser Definitionen liegen die Transistoren

1 und 3 sowie die Transistoren 2 und 4 jeweils in benachbarten Brückenzweigen. Wie aus Fig. 1 ferner hervorgeht, sind für die Transistoren 1 und *f sowie die Transistoren

2 und 3 unterschiedliche Transistortypen vorgesehen, und zwar für die Transistoren 1 und 3 PNP-TransI stören und für die Transistoren 2 und k NPN-Trans i stören". Die Transistoren 1 und 4 bilden eine erste Gruppe komplementär geschalteter PNP- und NPN-Transistören, während die Transistoren 2 und

3 eine zweite derartige Gruppe bilden. Die Transistoren 1 bis *f sind daher alle In Emitterschaltung mit auf Masse gelegtem Emitter angeordnet, wobei der Motor an die Kollektoren der Transistoren 1 bis k als Last angelegt ist.

Wie nachstehend erläutert werden soll, fließt dann, wenn die Transistoren 1 und 2 durchgeschaltet und damit leitend sind, der Strom durch den Motor 5 In Richtung des eingezeichneten Pfeils, wodurch der Motor in einer ersten Richtung, d.h., in Vorwärtsrichtung dreht. Wenn dagegen die Transistoren 3 und h leiten, fließt der Strom durch den Motor 5 in einer dem eingezeichneten Pfeil entgegen-

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gesetzten Richtung, wodurch der Motor ebenfalls in entgegengesetzter Richtung, d.h. In Rückwärtsrichtung dreht. Wenn der Motor in einer der beiden Drehrichtungen dreht und die Transistoren in benachbarten Zweigen der Brückenschaltung durchgeschaltet werden, beispielsweise die Transistoren 2 und 4 oder die Transistoren 1 und 3, wird ein Kurzschluß-Stromkreis für den Motor geschlossen. Die von dem Motor aufgrund seiner Drehbewegung erzeugte Gegen-EMK wird in dem geschlossenen Kurzschluß-Stromkreis abgebaut und erzeugt eine dynamische Bremsung des Motors, wodurch'dessen Drehbewegung kurzfristig gestoppt wird. Auf diese Weise läßt sich die Drehrichtung des Motors durch selektive Steuerung der Transistoren 1 bis k steuern und dessen Drehbewegung nach Belleben anhalten.

Zur Steuerung der Transistoren 1 bis 4 können, wie aus Fig. 1 hervorgeht, Transistoi—Treiber 7, 8 und 9 verwendet werden. Der Transistor 7 ist mit seinem Emitter mit der Basis (Steueranschluß) des Transistors 1 und mit seinem Kollektor mit der Basis des Transistors 2 über einen Widerstand 1^ verbunden. In ähnlicher Weise ist der Emitter des Transistors 8 mit der Basis des Transistors 3 und mit seinem Kollektor mit der Basis des Transistors h über einen Widerstand 15 verbunden. Die Basis des Transistors 7 kann über einen Widerstand 17 mit einem Anschluß 21 und die

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Basis des Transistors 8 über einen Widerstand 18 mit einem zweiten Anschluß 22 verbunden sein. Der zum dynamischen Bremsen verwendete Transistor 9 Ist mit seinem Emitter an die positive Klemme der Gleichspannungsquelle 6 und mit seinem Kollektor über Dioden 10 und 11 sowie Widerstände 14 und 15 mit den Basisanschlüssen der Transistoren 2 bzw. 4 verbunden. Die Basis des Transistors 9 kann über einen Widerstand 16 mit einem dritten Anschluß 20 verbunden sein.

Wenn sämtliche Anschlüsse 20, 21 und 22 offen sind bzw. ein High-SIgnalpegel entsprechend dem positiven Potential der Gleichspannungsquelle 6 an sie angelegt Ist, befinden sich sämtliche Transistoren gemäß FIg. 1 Im nichtleitenden oder sperrenden Zustand. Wenn dagegen ein Low-Signal pegel entsprechend dem negativen Potential der Gleichspannungsquelle 6 an den Anschluß 21 angelegt Ist, befinden sich beide Transistoren 1 und 7 Im leitenden Zustand. Der Kollektorstrom des Transistors 7 fließt dann durch den Widerstand 14 in die Basis des Transistors 2, wodurch auch der Transistor 2 leitend wird. Infolge dieser leitenden Zustände kann der Strom durch den Motor in Richtung des in Fig. 1 eingezeichneten Pfeils fließen, so daß der Motor in Vorwärtsrichtung angetrieben wird. Wenn in ähnlicher Welse ein Low-Signalpegel an den Anschluß 22 angelegt

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wird, werden die Transistoren 3 und 8 leitend, so daß wiederum der Transistor 4 leitend wird. Der Strom durch den Motor 5 fließt dann in eine dem In Flg. 1 eingezeichneten Pfeil entgegengesetzte Richtung, so daß der Motor In Rückwärtsrichtung angetrieben wird.

Zum Bremsen des Motors werden zuerst beide Anschlüsse 21 und 22 geöffnet bzw. mit einem HIgh-SIgnalpegel beaufschlagt, so daß beide Transistoren 7 und 8 gesperrt werden. Wenn anschließend ein Low-Signalpegel an den Anschluß 20 angelegt wird, wird der Transistor 9 durchgeschaltet, desserKol 1 ektorstrom über die Dioden 10 und 11 sowie die Widerstände 14 und 15 in die Basisanschlüsse der Transistoren 2 und 4 fließt. Die Transistoren 2 und 4 werden daher gleichzeitig durchgeschaltet und bilden einen geschlossenen Stromkreis, welcher den Motor kurzschließt/ und die Gegen-EMK abbaut, so daß der Motor kurzfristig angehalten wird. Beim Schließen des Kurzschluß-Stromkreises wird In Abhängigkeit von der Polarität der Gegen-EMK einer der Transistoren 2, 4 in Speri— richtung stromdurchf1ossen. Wenn beispielsweise die von dem Motor erzeugte Gegen-EMK am Anschluß 30 des Motors positiv und am Anschluß 32 negativ ist, besitzt der Transistor 4 einen Kollektorstromfluß in Durchlaßrichtung, d.h. von seinem Kollektor zu seinem Emitter. Dagegen ei—

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folgt bei dem NPN-Transistor 2 der Stromfluß in Sperrrichtung, d.h. von seinem Emitter zu seinem Kollektor. Auf diese Weise wird die Gegen-EMK des Motors abgebaut und eine dynamische Bremsung CWiderstandsbremsung) des Motors hervorgerufen. Wenn die Polarität der Gegen-EMK gegenüber dem vorstehend erwähnten Beispiel entgegengesetzt ist, wird der NPN-Transistör 4 In Sperrichtung stromdurchflossen, d.h., von seinem Emitter zu seinem KoI1ektor.

Wie aus■dem Vorstehenden ersichtlich ist, sollten die an die Steueranschlüsse 20, 21 und 22 angelegten Steuei— signale unabhängig voneinander sein und Ihre Phasenlage sollte so gesteuert sein, daß zu einem Zeitpunkt jeweils nur ein Steuersignal anliegt. Wenn nämlich zur gleichen Zeit an zwei oder mehrere Steueranschlüsse Steuersignale abgelegt werden, wird die Gleichspannungsquelle 6 kurzgeschlossen .

FIg. 2 zeigt eine Steuerschaltung, die zur Erzeugung von Steuersignalen mit der richtigen Phasenlage zur Steuerung der Motorsteuervorrichtung gemäß Fig. 1 vorgesehen ist. Die Steuerschaltung gemäß Fig. 2 läßt sich insbesondere für eine automatische Fokussierungsvorrichtung einer Kamera

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verwenden, bei welcher eine Objektivlinse oder dergleichen längs der optischen Achse um einen der gemessenen Entfei—

entsprechenden Betrag

nung zwischen der Kamera und dem Aufnahmeobjekt/zur Fokussierung bewegt wird. Der Motor 5 kann dabei zum Antrieb der Objektivlinse benutzt werden.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, besitzt die Steuerschaltung Eingangsanschlüsse 30 und 31, die zum Anlegen sinusföi— miger, aus einer nicht dargestellten, bekannten Fokuserfassungseinrichtung stammender Signale vorgesehen sind. Die relative Phasenverschiebung zwischen dem an den Eingangsanschluß 30 angelegten Signal und dem an den Eingangsanschluß 31 angelegten Signal ist proportional dem Abstand zwischen der von der Objektivlinse für eine spezielle Fokus - Stel1ung der Linse gebildeten Bildebene und der Filmebene der Kamera. Wenn beispielsweise die Phase des an den Eingangsanschluß 30 angelegten Signals bezüglich der Phase des Signals am Eingangsanschluß 31 vei— schoben ist, läuft die Kamera in einer ersten Richtung aus dem Fokus, d.h., sie ist vor dem Aufnahmeobjekt fokussiert, wohingegen bei einer umgekehrten Phasenverschiebung die Kamera in die entgegengesetzte Richtung aus dem Fokus läuft, d.h., hinter dem Aufnahmeobjekt fokussiert ist. Wenn die Phasender beiden Signale übereinstimmen oder annähernd übereinstimmen, befindet sich die Kamera

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im Fokus. Von den Signalen an den Eingangsanschlüssen 30 und 31 erzeugt die Steuerschaltung gemäß Fig. 2 die zugeordneten Steuersignale an ihren Ausgangsanschlüssen 20 bis 22, welche mit den in gleicher Reihenfolge numerlei— ten Anschlüssen der Schaltung gemäß Fig. 1 verbunden sind, um in der nachstehend beschrieben Weise die Linse in den fokussierten Zustand zu bewegen.

Die sinusförmigen Eingangssignale an den Anschlüssen 30 und 31 werden Komparatoren CP 1 und CP 2 zugeführt, welche die Eingangssignale mit einer Referenzspannung V _ vergleichen und sie In Rechtecksignale mit der gleichen relativen Phasenverschiebung umformen. Die Ausgangssignale der Komparatoren CP 1 und CP 2 werden an den D-Eingang bzw. den Takteingang CK eines D-Flip-Flop 35 angelegt, welches den am D-Eingang anliegenden Signalzustand übernimmt, sobald das Eingangssignal am Takteingang CK in den High-Zustand übergeht. Der Ausgang des Flip-Flop 35 stellt ein Maß für die Phasenverschiebung oder Verzögerung zwischen den Eingangssignalen dar. Das Ausgangssignal des Komparators stellt gleichzeitig das Eingangssignal sowohl für ein ODER-Glied G 1 als auch für ein UND-Glied G 2 dar. Die Ausgangssignale des ODER-Gliedes G 1 und des UND-Gliedes 2 entsprechen dem Betrag der Phasenverschiebung zwischen den Ausgangssignalen der Komparatoren CP 1 und

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CP 2. Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes G 1 wird einem One-Shot-Mu1tiνibrator 38 zugeführt, der an seinem Ausgang einen Impuls mit einer bestimmten Zeitdauer jedesmal dann erzeugt, wenn der Ausgang des ODER-Gliedes G 1 in den High-Zustand übergeht, wobei der Ausgangsimpuls des Multivibrators 38 an der vorderen Flanke des Ausgangsimpulses des ODER-Gliedes G 1 getriggert wird. Der AusgangsImpuls des Multivibrators 38 wird dem D-Eingang eines zweiten D-Flip-Flop 39 zugeführt, während der Ausgang des UND-Gliedes G 2 dem Takteingang CK des Flip-Flop 39 zugeführt wird. Sobald das Ausgangssignal des UND-Gliedes G den High-Zustand annimmt, übernimmt das Flip-Flop 39 den Zustand des Ausgangssignals des Multivibrators 38. Die Signale an den Q- und Q-Ausgängendes Flip-Flop 35 werden zusammen mit dem Signal am Q-Ausgang des Flip-Flop 39 NAND-Gliedern G 3 bzw. G 4 zugeführt. Die Ausgangssignale der NAND-Glieder G 3 und G h stellen die an den Anschlüssen 22 bzw. 21 anliegenden Steuersignale zur Steuerung des Motors 5 CFig. O in die Rückwärtsbzw. Vorwärtsrichtung dar. Das Brems-Steuersignal an dem Anschluß 30 wird von einem zweiten One-Shot-Mul11 νibrator 40 abgeleitet, welcher mit dem Q-Ausgang des Flip-Flop 39 verbunden ist.

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WLe Vorstehend bereits erwähnt wurde, erzeugt die Steuei— schaltung gemäß Fig. 2 die auf der relativen Phasenbeziehung zwischen den Eingangssignalen an den Anschlüssen 30 und 31 basIerenden,SteuersIgnale an den Anschlüssen 21 und 22, um den Motor in die Vorwärtsrichtung oder in die Rückwärtsrichtung in Abhängigkeit von der Falsch-Fokusstellung der Kamera zu steuern. Sobald die Kamera richtig fokussiert Ist, geht das Ausgangssignal des Multivibrators hO In den Low-Zustand über und bewirkt eine Bremsung des Motors 5.

Die Wirkungsweise der Steuerschaltung gemäß Fig. 2 Ist am besten anhand der Zeitdiagramme nach Fig. 3 verständlich. Die Ausgangssignale der Komparatoren CP 1 und CP sind In den Figuren 3A bzw. 3B veranschaulicht. Unter der Annahme, daß vor dem Zeitpunkt T 1 die Kamera auf einen Punkt hinter dem Aufnahmeobjekt falsch fokussiert ist und daß zum Zeitpunkt T 1 die Kamera richtig fokussiert ist, zeigen die Figuren 3A und 3B, daß das Ausgangssignal des Komparators CP bezüglich des Ausgangesignals des Komparators CP 2 vor dem Zeitpunkt T 1 phasenverzögert ist. Zum Zeitpunkt T 1, in welchem die Kamera richtig fokussiert ist, befinden sich die Ausgangssignale der Komparatoren CP 1 und CP 2 in Phase. Die Figuren 3C und 3D zeigen die Ausgangssignale der Logikglieder G 1 bzw. G 2, während

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FIg. 3E das Ausgangssignal des Multivibrators 38 vet— anschaulicht. Wie hieraus ersichtlich ist, erzeugt Jedesmal, wenn das Ausgangssignal des ODER-Gliedes G 1 In den High-Zustand übergeht, der Multivibrator 38 einen Ausgangsimpuls von bestimmter Dauer, die klein bezüglich der Ausgangssignale der Komparatoren CP 1 und CP ist.

Vor dem Zeitpunkt T 1 befindet sich das Signal am Q-Ausgang des Flip-Flop 39 im Low-Zustand CFIg. 3F), während das Signal am Q-Ausgang des Flip-Flop 39 im High-Zustand ist. Andererseits befindet sich vor dem Zeltpunkt T 1 das Signal am Q-Ausgang des Flip-Flop 35 Im Low-Zustand, während dessen Q-Ausgang ein High-Slgnal führt, wie aus den Figuren 3G bzw. 3H ersichtlich Ist. Da das NAND-Glied G 3 von dem Flip-Flop 39 ein HIgh-EingangssIgnal und von dem Flip-Flop 35 ein Low-ΕingangssIgnal erhält, befindet sich das Ausgangssignal des NAND-Gliedes G 3 Im High-Zustand. Da Jedoch beide, den zwei Eingängen des NAND-Gliedes G h zugeführte Signale Im High-Zustand sind, befindet sich das Signal am Ausgang des NAND-Gliedes G k Im Low-Zustand, wie In FIg. 3J veranschaulicht ist. Der Transistor 8 (FIg. O ist daher Im Sperrzustand und der Transistor Im leitenden Zustand, wodurch sich ein Stromfluß durch

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den Motor 5 In Richtung des In FIg. 1 dargestellten Pfeiles ergibt. Hierdurch wird die Objektivlinse In Richtung der fukusrichtigen Position bewegt.

Wenn zum Zeitpunkt T 1 die Kamera richtig fokussiert ist, geht das Signal am Ausgang des Multivibrators 40 für eine bestimmte Zeitdauer t in den Low-Zustand über CFIg. 3D. Gleichzeitig gehen die Signale an den Ausgängen der Logikglieder G3 und Gk In den High-Zustand über. Die Transistoren 7 und 8 werden daher gesperrt während der Transistor 9 für ein Zeitintervall, das gleich der vorstehend erwähnten Zeitdauer t ist, durchschaltet. Hierdurch werden die Transistoren 2 und

4 leitend, so daß, wie bereits erwähnt wurde, der Motor

5 aufgrund dynamischer Bremsung kurzfristig angehalten wird. Die Zeitdauer t kann so gezählt werden, daß ihre Länge ausreichend groß Ist, um einen sicheren Stop des Motors 5 zu gewährleisten.

In FIg. k Ist eine weitere Ausführungsform einer Steuerschaltung veranschaulicht, die ähnlich wie die Steuei— schaltung gemäß Fig. 2 aufgebaut Ist und Steuersignale an ihren Ausgangsanschlüssen 20 bis 22 erzeugt, welche die Treibertransistoren 7 bis 9 gemäß Fig. 1 steuern. Die Steuerschaltung gemäß Fig. k ist so ausgelegt, daß sie an Ihrem Eingangsanschluß 50 einen Spannungspegel

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vom Ausgang eines Servo-Fehierverstärkers oder dergleichen verträgt und auf eine automatische BlendeneInstel1voi— richtung, auf eine andere Bauart automatischer FokussIerungsvorrIchtungen mit einem, dem Fokuszustand der Kamera entsprechenden Spannungspegel alis Ausgangssignal und auf andere Motorantrlebssysteme speziell zugeschnitten Ist.

In FIg. 4 wird eine Referenzspannung V mittels dreier Widerstände 51, 52 und 53 geteilt, um zwei Referenzspannungen an Anschlüssen 54 und 55 zu erzeugen, welche den nicht-invertierenden Eingängen der Komparatoren CP bzw. CP 4 zugeführt werden. Die Widerstände 51, 52 und 53 werden in bevorzugter Weise so gewählt, daß die Differenz zwischen den beiden Referenzspannungen verhältnismäßig gering ist. Die Eingangsspannung am Anschluß 50 wird dem Invertierenden Eingang der Komparatoren CP 3 und CP *t als gemeinsame Signalspannung zugeführt. Die Ausgänge der Komparatoren CP 3 und CP 4 werden über Invertierverstärker 57 bzw. 58 einem NAND-Gl I ed G 7 zugeführt. Das Signal am'Ausgang des NAND-Gliedes G 7 stellt die am Ausgang 22 anliegende Steuerspannung zur Umsteuerung des Motors 5 CFIg. O in die Rückwärtsrichtung dar. Die Signale an den Ausgängen der Komparatoren CP 3 und CP 4 werden ferner einem zweiten NAND-Glied G 8 zugeführt, dessen Ausgangssignal die an dem Anschluß 21

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anliegende Steuerspannung zum Umsteuern des Motors 5 CFIg. O In Vorwärtsrichtung darstellt. Das Ausgangssignal des Komparators CP 3 und das von dem Invert I ei— verstärker 58 Invertierte Ausgangssignal des Komparators CP 4 werden desweiteren einem UND-Glied G 9 zugeführt, dessen Ausgangssignal zum Triggern eines One-Shot-Mul11 vibrators 56 verwendet wird. Das Ausgangssignal des Multivibrators 56 stellt das Brems-SteuersIgnal an dem Anschluß 20 dar.

Falls die EIngangssIgnalspannung am Anschluß 50 mit dem Mittelwert zwischen den beiden Referenzspannungen an den Anschlüssen 54 und 55 zeitlich übereinstimmt, befindet sich das Signal am Ausgang des Komparators CP 3 im High-Zustand und das Signal am Ausgang des Komparators CP 4 Im Low-Zustand. Die Ausgangssignale der Logik-Glieder G 7, G 8 und G 9 befinden sich daher übereinstimmend im Hlgh-Zustand, während der Multivibrator 56 ein Low-Ausgangsslgnal am Anschluß 20 für eine bestimmte Zeitdauer erzeugt. Hierdurch werden beide Transistoren 7 und 8 (Fig. 1) gesperrt und der Transistor 9 für die Dauer des Ausgangssignals des Multivibrators 56 durchgeschaltet, was zu einem dynamischen Abbremsen des Motors 5 CFIg. O führt.

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Wenn die Signalspannung am Anschluß 50 höher als die Referenzspannung am Anschluß 54 Ist, befinden sich die Ausgangssignale der Komparatoren CP 3 und CP 4 im Low-Zustand, womit die Ausgangssignale der Logik-Glieder G 7 und G 9 ebenfalls im Low-Zustand und das Ausgangssignal des Logik-Gliedes G 8 im High-Zustand sind. Hierdurch sperrt der Transistor 7, während der Transistor leitend wird und somit der Motor 5 in Rückwärtsrichtung angetrieben wird. Wenn im Gegensatz dazu die Signalspannung am Anschluß 50 kleiner als die Referenzspannung am Anschluß 25 ist, befinden sich die Ausgangssignale der Komparatoren CP 3 und CP 4 Im HIgh-Zustand. Das Ausgangssignal des Logik-Gliedes G 7 befindet sich daher ebenfalls im HIgh-Zustand, während die Ausgangssignale der Logik-Glieder G 8 und G 9 im Low-Zustand sind und damit der Transistor 7 leitet und der Transistor 8 sperrt, so daß der Motor 5 in Vorwärtsrichtung angetrI eben wlrd.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Motoi— steuervorrichtung, bei welcher die Transistoren 1 bis 4 unmittelbar von einer digitalen Logiksteuerschaltung angesteuert werden und die Treibentransistoren 7 bis 9 zusammen mit ihrer zugeordneten Beschaltung entfallen. In FIg. 5 können der Motor 5 und die Transistoren 1 bis h,

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welche wiederum eine Brückenschaltung bilden, in gleicher Welse wie bei der ersten Ausführungsform gemäß FIg. 1 ausgebildet sein. Die Vorrichtung nach Fig. 5 besitzt lediglich die beiden SIgnaleIngangsanschlüsse 70 und 71. Der Elngangsanschl.uß wird zur Steuerung der Drehrichtung des Motors In Abhängigkeit von dem Highoder Low-Zustand des Eingangssignals am Anschluß 70 verwendet. Dagegen wird der Eingangsanschluß 71 zum dynamischen Bremsen des Motors immer dann verwendet, wenn sich dessen Eingangssignal Im High-Zustand befindet. D.Ie In FIg. 5 dargestellte Vorrichtung ist so ausgebildet, daß sie Im sogenannten Stop-Prioritätsbetrieb arbeitet. Hierbei erfolgt immer dann eine dynamische Bremsung des Motors, wenn das Eingangssignal am Anschluß 71 in den Hlgh-Zustand übergeht, unabhängig davon, welcher Signalpegel am Eingangsanschluß 70 an-1 legt.

Wie aus Flg. 5 ersichtlich Ist, wird das Eingangssignal am Anschluß 70 den ODER-Gliedern G 14 und G 17 unmittelbar und den ODER-Glieder G 15 und G 16 über einen Invertierverstärker 72 zugeführt. Die Ausgänge der ODER-Glieder G 14 und G 15 sind über Widerstände 74 bzw. 75 unmittelbar mit den Transistoren 3 bzw. 1 verbunden. Die Ausgangssignale der ODER-Glieder G 16 und G 17

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führen über Widerstände 76 und 77 zu UND-Gliedern G 18 bzw. G 19. Das Eingangssignal am Anschluß 71 liegt als zweites Eingangssignal an den Logik-Gliedern G 14 bis G 17 sowie am invertierenden Eingang eines Invertierenden ODER-Gliedes G 20, dessen Ausgang mit den UND-Gliedern G 18 und G 19 verbunden ist. Desweiteren führt das Eingangssignal am Anschluß 71 zu einem One-Shot-Multivlbrator 73, der dem Invertierenden ODER-Glied G 20 einen Ausgangsimpuls bestimmter Dauer zuführt.

Die Wirkungsweise der In FIg. 5 dargestellten Motoi— steuervorrichtung Ist wie folgt. Es sei angenommen, daß das Eingangssignal am Anschluß 70 den Low-Zustand besitzt, d.h., daß eine Bremsung nicht gewünscht wird. Wenn dann ein High-Slgnal dem Eingangsanschluß 71 zugeführt wird, gehen die Ausgangssignale der ODER-Glieder G 14 und G 17 In den High-Zustand, die Ausgangssignale der ODER-Glieder G 15 und G 16 in den Low-Zustand über. Da das Low-SIgnal am Eingangsanschluß 71 unmittelbar dem einen Eingang des invertierenden ODER-Gliedes 20 zugeführt wird, besitzt dessen Ausgangssignal den Hlgh-Zustand, wodurch das Ausgangssignal des UND-Gliedes G 19 ebenfalls In den HIgh-Zustand übergeht. Hierdurch werden die Transistoren 1 und 2 leitend, so daß der Strom durch den Motor 5 In Richtung des Pfeils gemäß Fig. 5 (Vor-

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wärtsrIchtung) fließt. Wenn dagegen ein Low-SIgnal dem Eingangsanschluß 70 zugeführt wird, befinden sich die Ausgangssignale der ODER-Glieder G 14 und G 17 Im Low-Zustand und die Ausgangssignale der ODER-Glieder G 15 und G 16 im High-Zustand. Die Transistoren 3 und 4 werden daher leitend, so daß der Strom durch den Motor 5 In eine dem Pfeil gemäß Fig. 5 entgegengesetzte Richtung fließt und damit der Motor 5 in der Umkehrrichtung läuft.

Unabhängig von dem Logikpegel des Signals am Anschluß 70 gehen die Ausgangssignale der ODER-Glieder G 14 bis G 17 In den High-Zustand über, wenn ein High-Signal dem Anschluß 71 zugeführt wird. Sobald dies erfolgt, erzeugt der Multivibrator 73 ein High-Ausgangssignal von bestimmter Zeltdauer. Hierdurch geht das Ausgangssignal des Invertierenden ODER-Gliedes 20 für die gleiche Zeitdauer wie das Ausgangssignal.des Multivibrators 73 In den High-Zustand. Damit werden die UND-Glieder G 18 und G 19 durchgesteuert, so daß die Transistoren 2 und 4 leitend werden und eine dynamische Bremsung des Motors auslösen. Da die Ausgangssignale der ODER-Glieder G 14 und G 15 den High-Zustand besitzen, werden die Transistoren 1 und 3 abgeschaltet. Sobald das Ausgangssignal des Multivibrators 73 nach der vorbestimmten Zeitdauer in den Low-Zustand übergeht, nimmt das Ausgangs-

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signal des Invertierenden ODER-Gliedes G 20 ebenfalls den Low-Zustand an, womit die UND-Glieder G 18 und G 19 sowie die Transistoren 2 und h sperren.

Die in Fig. 5 dargestellte Motorsteuervorrichtung gestattet die Verwendung eines Stop-Signals zum Bremsen des Motors in gewünschter Weise unabhängig von dem Vorhandensein eines Signals am Anschluß 7o zum Steuern des Motors In einer bestimmten Laufrichtung. Hierdurch gestattet die Vorrichtung nach Fig. 5 den Aufbau einer ziemlich vereinfachten Steuerschaltung für die Laufrichtung des Motors. Die Eingangssignale an den Anschlüssen 70 und 71 der Vorrichtung nach FIg. 5 können von Steuei— schaltungen abgeleitet werden, wie sie beispielsweise In den Figuren 2 und h veranschaulicht sind.

Bei den veranschaulichten Ausführungsbeispielen sind für die Transistoren 1 bis *t der Brückenschaltung eine Kombination aus PNP- und NPN-TransI stören vorgesehen. Anstelle dessen kann die Brückenschaltung ebensogut aus ausschließlich NPN- oder PNP-TransI stören ausgebildet werden. Desweiteren können für Motoren mit hoher Leistungsaufnahme als Transistoren für die Zweige der Brückenschaltung Paral1 elkombinationen oder Darlingtonschaltungen von Transistoren vorgesehen werden. Obwohl bei den dargestellten Ausführungsformen die Transistoren 2 und 4 zur Bildung des Kurzschluß-Stromkreises für die dynamische Bremsung des Motors verwendet werden,

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es

versteht/ sIch, daß für diesen Zweck anstelle der Transistoren 2 und 4 auch die Transistoren 1 und 3 verwendet werden können. Aus dem Vorstehenden ist ferner ohne weiteres ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Motor— steuervorrichtung eine verhältnismäßig einfache und wirksame Möglichkeit zur Steuerung eines Motors darstellt. Der Motor kann kurzfristig angehalten und in seiner Drehrichtung umgekehrt werden, womit sich Servosysteme mit hoher Empfindlichkeit, hoher Ansprechgeschwindigkeit und hoher Genauigkeit verwirklichen lassen.

Es versteht sich, daß die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen auf vielfältige Weise abgewandelt und ergänzt werden können, ohne von dem in den Ansprüchen ^T festgelegten Erfindungsgedanken abzuweichen.

Die Erfindung läßt sich wie folgt zusammenfassen.

Es handelt sich um eine Motorsteuervorrichtung mit einer Brückenschaltung, die In Jedem Brückenzweig Halbleltei— Schaltelemente aufweist und für den Anschluß eines Motors zwischen Brückenzweigpaaren ausgebildet ist. Die Halblei terschal tel emente werden selektiv durchgeschaltet, um den Motor alternativ in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung zu steuern, während andere Halbleitei—Schaltelemente

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gleichzeitig durchgeschaltet werden können, um einen Kurzschluß-Stromkreis für den Motor zu schließen und damit eine dynamische Bremsung des Motors auszulösen. Die Motorsteuervorrichtung ist In der Lage, die Rotation des Motors kurzfristig anzuhalten und gestattet eine rasche Umkehr der Motordrehrichtung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich speziell bei einer automatischen Fokussierungsvorrichtung oder bei einer automatischen Blendeneinstellvorrichtung einer Kamera verwenden.

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-st

Leerseite

Claims

BLUMBÄCH · WESER · BtHGEN · KRAMER

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Patentconsult RadeckestraBe 43 8000 München 60 Telefon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsull Patenlconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsull

Nippon Kogaku KK. Case 471

Tokyo, Japan

Motorsteuervorrichtung Patentansprüche

( 1J Motorsteuervorrichtung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- eine in jedem Zweig mit Schaltelementen versehene Brückenschaltung, welche zum Anschluß eines Motors zwischen Paaren von Brückenzweigen ausgebildet ist;

- eine erste Einrichtung zum selektiven Durchschalten bestimmter Schaltelemente, derart, daß der Motor abwechselnd in Vorwärts- und in Rückwärtsdrehrichtung antreibbar ist, und

- eine zweite Einrichtung zum Durchschalten bestimmter Schaltelemente, derart, daß ein Stromkreis zum Kurzschließen und damit zum dynamischen Bremsen des Motors schließbar ist.
2. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente aus Transistoren bestehen und die Brückenschaltung zwei Gruppen komple-

München: R. Kramer Dipi.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · E. Hoffmann Dipl.-Ing. Wiesbaden: P. G. Blumbach fipl.-lng. · P. Bergen Prof. Dr. jur. Dipl.-Ing., Pat.-Ass., Poi.-Anw. bis 1979 . G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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mentär geschalteter PNP- und NPN-TransI stören aufweist, wobei sämtliche Transistoren in Emitterschaltung mit auf Masse gelegtem Emitter angeordnet und mit ihren Kollektoren zum Anschluß an den Motor voi— gesehen sind.
3. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren in benachbarten Zweigen der Brückenschaltung vom gleichen Typ sind und als PNP- oder NPN-Transistören ausgebildet sind, unddaß die Transistoren in gegenüberliegenden Zweigen der Brückenschaltung von unterschiedlichem Typ sind.
k. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren im Vorwärts- und Rückwärtslauf des Motors in Durchlaßrichtung stromdurchflossen sind und daß einer der den Kurzschluß-Stromkreis bildenden Transistoren während der dynamischen Bremsung des Motors in Sperrichtung stromdurchflossen ist.
5. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß im Vorwärtslauf des Motors die Transistoren in ersten, gegenüberliegenden Zweigen der Brückenschaltung stromdurchf1ossen sind, daß im

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Rückwärtslauf des Motors die Transistoren in zweiten, gegenüberliegenden Zweigen der Brückenschaltung stromdurchflossen sind und daß während der dynamischen Bremsung des Motors die Transistoren in benachbarten Zweigen der Brückenschaltung stromdurchf1ossen sind.
6. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung einen ersten Halbleiter-Treiber zum gleichzeitigen Durchschalten der-Haibleitei—Schaltelemente in ersten und zweiten, gegenüberliegenden Diagonaizweigen der Brückenschaltung aufweist, derart, daß der Motor im Vorwärtslauf angetrieben wird, wenn ein Steuersignal an einen Steueranschluß des ersten Treibers zu dessen Durchschaltung angelegt wird, daß die erste Einrichtung ferner einen zweiten Halbleiter -Treiber zum gleichzeitigen Durchschalten der Halbleiter-Schaltelemente in dritten und vierten gegenüberliegenden Diagonalzweigen der Brückenschaltung aufweist, derart, daß der Motor im Rückwärtslauf angetrieben wird, wenn ein Steuersignal an einen Steueranschluß des zweiten Treibers zu dessen Durchschaltung angelegt wird, und daß die zweite Einrichtung einen dritten Halbleitei—Treiber zum Durchschalten der Halbleiter-Schaltelemente

in einem Paar benachbarter Zweige der Brückenschaltung aufweist, derart, daß der Stromkreis zum Kurzschließen des Motors geschlossen wird, wenn ein Steuersignal an einen Steueranschluß des dritten Treibers angelegt wird.
7. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Steuerschaltung zum Erzeugen der Steuersignale, welche erste, zweite und dritte Anschlüsse aufweist, die mit den Steueranschlüssen des' ersten bzw. zweiten bzw. dritten Treibers vei— bunden sind.
8. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eine digitale Logikschaltung Ist, die mit einer Einrichtung vet— sehen ist, welche die Erzeugung von mehr als einem Steuersignal zur gleichen Zeit verhindert.
9. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eine Torschaltung aufweist, die derart ausgebildet ist, daß die Logikzustände der Steuersignale an dem ersten und zweiten Anschluß von entgegengesetzter Polarität sind, außer wenn der Motor angehalten oder dynamisch gebremst wird.

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10. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eine Zeitschaltung zum Erzeugen eines Steuersignals bestimmter Dauer an dem dritten Anschluß aufweist.
11. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Einrichtung eine digitale Logiksteuerschaltung mit einer Vielzahl von an zugeordneten Steueranschlüssen der HaIbleitei—Schaltelemente angeschlossenen Ausgangsanschlüssen aufweisen, wobei die Logiksteuerschaltung eine Einrichtung zum Erzeugen von Steuersignalen an den Ausgangsanschlüssen zum Durchschalten der Halbleitei—Schaltelemente aufweist.
12. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung eine Zeitschaltung zum Erzeugen eines Steuersignals bestimmter Dauer aufweist, welches zum Steuern der den Kurzschluß-Stromkreis des Motors bildenden Halbleiter— Schaltelemente verwendet wird, um den Motor für die Dauer dieses Steuersignals dynamisch zu bremsen.

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13. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 7 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung mit Eingangssignalen entsprechend dem Zustand eines von dem Motor angetriebenen Mechanismus beaufschlagt ist und daß die Steuersignale der Steuerschaltung in Abhängigkeit von diesen Eingangssignalen erzeugt werden.
1^. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch \, gekennzeichnet durch die Verwendung in einer automatischen Fokussierungseinrichtung für eine Kammera.
15. Motorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung in einer automatischen Blendeneinstellvorrichtung für eine Kamera.

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