DE3107641C2

DE3107641C2 -

Info

Publication number: DE3107641C2
Application number: DE3107641A
Authority: DE
Inventors: Masanao Kosai Shizuoka Jp Okuda; Wataru Hamamatsu Shizuoka Jp Oishi
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 1980-02-29
Filing date: 1981-02-27
Publication date: 1989-02-09
Also published as: JPS56121398A; US4376262A; DE3107641A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Eingangsimpulskette zum Ansteuern eines bürstenlosen Gleich strommotors nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 25 29 524 A1 be kannt.

Bürstenlose Gleichstrommotoren, die mit einer Eingangsimpuls kette angesteuert werden, dienen insbesondere zum direkten Antrieb von Magnetbandaufzeichnungsgeräten, Trommelantriebs vorrichtungen für Faksimilegeräte und Plattendreheinrichtun gen für Floppy-Disc-Antriebe.

Bei der bekannten Vorrichtung gemäß DE 25 29 524 A1 ist eine periphere Schaltung zum Erregen des Motors vorgesehen und wird der Motor mit einer konstanten Drehzahl im Bereich hoher Im pulsfrequenzen betrieben.

Bei dieser Vorrichtung werden weiterhin die Drehverhältnisse des Rotors des Motors in ein elektrisches Signal verschlüs selt und wird ein Signal mit Mitnahmeimpulsfrequenz erzeugt, wenn sich der Rotor des Motors nicht dreht, um den Motor an zulassen, da sich dieser nur dann zu drehen beginnt, wenn die Frequenz der Eingangsimpulskette unter der maximalen Mit nahmeimpulsfrequenz liegt, die der Last des Motors entspricht.

Wenn sich der Rotor des Motors dreht, wird das verschlüsselte elektrische Signal mit Taktimpulsen synchronisiert, um dadurch die Eingangsimpulskette zu bilden, d. h. einen Hochlauf nach dem Anlassen bis zum Synchronismus zu ermöglichen.

Weiterhin wird bei der bekannten Vorrichtung der peripheren Schaltung die Eingangsimpulskette zugeführt, so daß dann, wenn die Drehzahl des Rotors nicht der Frequenz der Taktimpulse entspricht, die Eingangsimpulskette entsprechend dem Mitnahme impuls oder entsprechend dem verschlüsselten elektrischen Si gnal gebildet wird.

Aus der DE-OS 23 45 874 ist es weiterhin bekannt, ein verschlüs seltes Signal zu erzeugen und als Kriterium für das Drehen des Motors zu verwenden, um in Abhängigkeit davon solange eine Eingangsimpulskette mit niedriger Frequenz zuzuführen, bis der Motor angelaufen ist, und erst dann auf eine höhere Frequenz der Eingangsimpulskette umzuschalten.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die bekannte Vorrichtung nach dem Gattungsbegriff des Patentan spruchs 1 so auszubilden, daß sie mit geringen Kosten verbun den ist, daß sie mit einer geringen Anzahl von integrierten Schaltungen verwirklicht werden kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Ausbildung gelöst, die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben ist.

Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Patentan sprüche 2 und 3.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein beson ders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher be schrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Beispiels eines mit einer Eingangsimpulskette angesteuerten bürstenlosen Motors,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3 den Aufbau der elektrischen Schaltung der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung im einzelnen, und

Fig. 4 das Zeitdiagramm der in Fig. 3 dargestellten Schaltungsbauelemente.

Anhand von Fig. 1 wird im folgenden ein Beispiel für den Aufbau eines digital gesteuerten bürstenlosen Motors beschrie ben. Der Motor 10 weist einen Statorteil 11 und einen Rotor teil 15 auf. Der Statorteil 11 ist ähnlich wie der Stator bei einem bekannten Schrittmotor mit einem Permanentmagnetrotor aufgebaut und mit äußeren Jochen 12, inneren Jochen 13 und Wicklungen 14 versehen, die zwischen den äußeren und inneren Jochen liegen. Die äußeren Joche 12 weisen eine Vielzahl von Polzähnen auf, die vom Innenumfang der Joche in konstanten Abständen auf ihre Achsen zu verlaufen. In ähnlicher Weise sind die inneren Joche 13 mit einer Vielzahl von Polzähnen versehen. Die Wicklung 14 befindet sich zwischen dem äußeren Joch und dem inneren Joch. Das äußere Joch 12 und das innere Joch 13, zwischen denen die Wicklung 14 liegt, sind so mit einander verbunden, daß die Zähne des äußeren Joches 12 rela tiv zu den Zähnen des inneren Joches 13 versetzt sind. Die inneren Joche 13 liegen einander gegenüber, und die Zähne des einen inneren Joches sind um ein Viertel des Winkelbereiches der Zähne des anderen inneren Joches versetzt oder schrägge stellt. Die beiden Paare der in dieser Weise gebildeten Joch anordnungen sind an einem Flansch 16 angebracht, der in der Mitte ein Lager 17 aufweist.

Der Rotorteil 15 ist mit einem Schwungrad 18 in einem Stück ausgebildet. Das Schwungrad 18 weist eine Aussparung 19 im mittleren unteren Teil sowie eine zentrale Bohrung auf, die mit der Aussparung 19 in Verbindung steht. Eine Rotorwelle 21 ist in das Loch 20 des Schwungrades 18 preßgepaßt, wobei ein Ende der Rotorwelle 21 bis zu der horizontalen Ebene der Un terseite des Schwungrades verläuft. Am mittleren Teil des Schwungsrades 18 ist ein Ringpermanentmagnet 22, beispielsweise ein Ferritmagnet, fest vorgesehen, der einen Außendurchmesser aufweist, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser des mitt leren Teiles ist. Der Ringpermanentmagnet 22 weist eine mehr polige Magnetisierung in gleichen Abständen auf, wobei be nachbarte Pole entgegengesetzt polarisiert sind, so daß die Anzahl der Pole des Rotors gleich der des Stators ist. Das Schwungrad 18 ist so ausgebildet, daß es einen maximalen Außendurchmesser hat, der im wesentlichen gleich dem Außen durchmesser des kombinierten Aufbaus der Joche 12 und 13 ist. Das äußere Ende des unteren Teils des Schwungsrades 18 liegt nämlich im wesentlichen in einer Linie in vertikaler Richtung zur äußeren Umfangsfläche des Statorteils 11.

Der Rotorteil 15 ist eng in den Statorteil 11 so eingepaßt, daß die Rotorwelle 21 drehbar im Lager 17 gehalten ist, wo raufhin ein Gehäuse 23 am Flansch 16 befestigt ist. Die Rotor welle 21 ist gleichfalls an ihrem Ende durch ein Lager 24 gelagert, das in der Mitte des Gehäuses 23 vorgesehen ist. Der Permanentmagnet 22 ist somit symmetrisch bezogen auf den Stator 11 oder bezogen auf eine Teilungsebene zwischen den beiden inneren Jochen 13 angeordnet.

Wenn der Motor zum Antrieb eines Magnetbandaufzeichnungsgerä tes verwandt wird, bei dem ein Streufluß vom Motor abge schirmt werden muß, um den Magnetkopf nicht zu beeinflussen, ist es wünschenswert, daß der Flansch 16 sowie das Gehäuse 23 aus magnetischen Materialien bestehen.

Der Aufbau eines digital gesteuerten bürstenlosen Motors ist im einzelnen in der US-Patentanmeldung 1 98 235 und der DE- Patentanmeldung P 30 39 255.3 (DE 30 39 255 A1) beschrieben. Ein in dieser Weise aufgebauter Motor liefert eine gleichmäßige Drehung des Ro tors mit konstanter Drehzahl entsprechend der Impulskette be stimmter Frequenz.

Fig. 2 zeigt schematisch eine elektrische Schaltung zum Be treiben des oben beschriebenen Motors, wobei die Antriebs schaltungen des Motors 10 ähnlich den Schaltungen eines be kannten Schrittmotors sind. Ein Erregergenerator 32 besteht nämlich aus einer elektrischen Schaltung, die Eingangsimpuls ketten auf jede Phase des Motors entsprechend der Anzahl der Phasen und der Art der Erregung verteilt, und eine Antriebs schaltung 33 empfängt die verteilten Signale und liefert den Wicklungen 14 des Motors elektrische Stromimpulse, die zum Er regen des Motors 10 notwendig sind.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfin dungsgemäßen Vorrichtung zum Steuern des Motors weist einen Drehkodierer 34, der so ausgebildet und angeordnet ist, daß er mit dem Motor 10 verbunden ist, einen Detektor 35, an dem das Ausgangssignal vom Drehkodierer 34 liegt, um festzustel len, ob der Motor arbeitet oder nicht, einen Taktimpulsgenera tor 36 und einen Frequenzteiler 37 auf, der den Taktimpuls auf die Mitnahmeimpulsfrequenz teilt.

Der Drehkodierer 34 arbeitet so, daß er die Information über die Rotorstellung und die Drehzahl in ein elektrisches Signal umwandeln kann, und kann einen herkömmlichen Aufbau haben, bei spielsweise ein optischer Kodierer, bei dem ein oder mehrere lichtaussendende Elemente und Photosensoren an den gegenüber liegenden Seiten einer Drehkodierscheibe angeordnet sind, die an der Ausgangswelle des Motors angebracht ist, oder ein mag netischer Kodierer sein, der eine magnetisierte Drehscheibe oder eine Drehscheibe, an der ein Magnet angebracht ist, die an der Ausgangswelle angebracht ist, und einen magnetischen Sensor, beispielsweise ein Hall-Element, aufweist. Die ein fachste Form des Drehkodierers besteht in einem Hall-Element, das in der Nähe des Rotors des Motors angeordnet ist, der so ausgebildet ist, daß er in gleichmäßigen Abständen eine mehr polige Magnetisierung aufweist.

Das Ausgangssignal des Drehkodierers 34 liegt am Detektor 35, um festzustellen, ob sich der Motor dreht (Signal Y) oder stillsteht (Signal N). Das Ausgangssignal des Detektors 35, das Ausgangssignal des Kodierers 35 und ein Signal f _L, das dadurch erhalten wird, daß der Taktimpuls vom Oszillator 36 durch den Teiler 37 geteilt wird, werden kombiniert und an schließend mit dem Taktimpuls synchronisiert, um eine Ein gangsimpulskette T zu bilden. Die erhaltene Eingangsimpuls kette liegt am Erregergenerator 32. Der Teiler 37 kann durc h einen Oszillator ersetzt werden, der das Signal f _L erzeugen kann.

In einer Impulskettenformerschaltung 38 wird das logische Pro dukt des Ausgangssignals des Kodierers und des obengenannten Signals Y über ein erstes UND-Glied 41 erhalten, während das logische Produkt des Signals N und des geteilten Signals über ein zweites UND-Glied 42 erhalten wird und die Ausgangssignale dieser logischen Produkte an einem ODER-Glied 43 liegen. Das Ausgangssignal vom ODER-Glied 4 liegt an einer Klemme D einer D-Flip-Flop-Schaltung 44, während der Taktimpuls vom Generator 36 an der Taktsteuerklemme CJ liegt, um ein Ausgangssignal Q zu er zeugen, das die Eingangsimpulskette T darstellt. Das heißt mit anderen Worten, daß dann, wenn sich der Motor 10 nicht dreht, das Signal N auf einen hohen Pegel kommt, und daß ein geteil tes Signal mit der Mitnahmeimpulsfrequenz über das UND-Glied 42 und das ODER-Glied 43 an der D-Flip-Flop-Schaltung 44 liegt und mit dem Taktimpuls CLK ↑ synchronisiert wird, um das Aus gangssignal Q zu erzeugen. Wenn der Rotor sich zu drehen be ginnt, kommt das Signal Y auf einen hohen Pegel und liegt das Ausgangssignal des Kodierers über das UND-Glied 41 und das ODER-Glied 43 an der D-Flip-Flop-Schaltung 44, wobei dieses Ausgangssignal mit dem Taktimpuls synchronisiert wird, um die oben beschriebene Eingangsimpulskette T zu bilden.

Die Eingangsimpulskette T liegt am Erregergenerator 32, um die Antriebsschaltung 33 zu betreiben. Wenn die Drehzahl des Ro tors 15 nicht der Frequenz des Taktimpulses entspricht, wird der Motor 10 entweder über das geteilte Signal oder ein Signal betrieben, das eine Frequenz aufweist, die dem Ausgangssignal des Kodierers entspricht. Der Rotor kann dementsprechend zu drehen beginnen, und es kann eine vorbestimmte konstante Dreh zahl selbst dann erhalten werden, wenn der Rotor bei einer aus irgendwelchen Gründen entstandenen Überlast verlangsamt oder abgebremst wurde.

Wie es in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, von denen erstere den Aufbau der Schaltung mehr im einzelnen zeigt, ist der De tektor 35 für das Ausgangssignal des Kodierers mit einem rück triggerbaren monostabilen Multivibrator versehen, wobei der Detektor 35 als Signal Y und Signal N das Ausgangssignal Q und das invertierte Ausgangssignal des Ausgangssignals Q jeweils verwendet und das Ausgangssignal Q einen hohen Pegel für ein bestimmtes Zeitintervall nach dem Triggern des Multi vibrators hat. Der Taktimpulsgenerator 36 ist mit einer ein fachen Schaltung mit einer bekannten integrierten Zeitgeber schaltung "555" ausgebildet, deren Schwingungsfrequenz auf die notwendige Motorantriebsfrequenz durch die Wahl der Werte C und R eingestellt werden kann. Wenn eine hohe Frequenzstabili tät erforderlich ist, kann ein Signal mit der gewünschten Frequenz dadurch erhalten werden, daß ein Quarzkristallschwin ger und eine Frequenzteilerschaltung verwandt werden. Der Fre quenzteiler 37 ist von einem monostabilen Multivibrator und einem Teil der D-Flip-Flop-Schaltung 44 gebildet. Die monosta bilen Multivibratoren des Detektors 35 und des Frequenzteilers 37 können aus einer einzigen integrierten Schaltung in Dual- in-line-Form gebildet sein, während die Flip-Flop-Schaltungen der Impulskettenformerschaltung 38 und des Frequenzteilers 37 durch eine andere integrierte Schaltung in Dual-in-line-Form gebildet sein können, um die Anzahl der integrierten Schaltun gen so klein wie möglich zu halten. Der Erregergenerator 32 besteht aus zwei J-K-Flip-Flop-Schaltungen.

Im folgenden wird die Arbeitsweise anhand der Fig. 3 und 4 be schrieben. Wenn der Motor zum ersten Mal in Betrieb gesetzt wird, wird er über das geteilte Signal f _L betrieben, das in der Weise f _L → t 1 → t 3 → T (Eingangsimpulskette) zugeführt wird, da das kodierte Signal nicht vorhanden ist. Wenn sich der Rotor in der Ausgangsphase seiner Drehung befindet, wird das geteilte Signal f _L gesperrt und betreibt das Ausgangssi gnal des Kodierers ENCODER ↑ den Motor, wobei das Ausgangs signal des Kodierers in der Weise ENTCODER ↑ → t 2 → t 3 → T zugeführt wird, bis ein Taktimpuls CLK ↑ in seiner Frequenz mit dem Ausgangssignal des Kodierers ENCODER ↑ übereinstimmt.

Claims

1. Vorrichtung zur Erzeugung einer Eingangsimpulskette zum Ansteuern eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit einer Rotorstellungserfassungseinrichtung, einer Detektorein richtung, an der ein Ausgangssignal der Rotorstellungs erfassungseinrichtung liegt und die die Drehung des Motors wahrnimmt, einem Taktimpulsgenerator, der Taktimpulse entsprechend einer synchronen Drehzahl erzeugt, einer Einrichtung zur Erzeugung von Taktimpulsen entsprechend einer Mitnahmeimpulsfrequenz zum Anlassen und einer Im pulskettenformereinrichtung, die Ausgangssignale der Detektoreinrichtung, Taktimpulse entsprechend der syn chronen Drehzahl und Taktimpulse entsprechend der Mitnah meimpulsfrequenz zur Eingangsimpulskette kombiniert, wo bei die Ausgangssignale der Detektoreinrichtung mit den Taktimpulsen entsprechend der synchronen Drehzahl syn chronisiert sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Rotorstellungserfassungseinrichtung einen Dreh kodierer (34) aufweist,
daß die Detektoreinrichtung aus einem monostabilen Multivibrator (35) besteht, der durch das Ausgangssignal ( ↑ ) der Rotorstellungserfassungseinrichtung getriggert wird,
daß die Impulskettenformereinrichtung (38) ein erstes UND-Glied (41), ein zweites UND-Glied (42), ein ODER- glied (43) und eine die Eingangsimpulskette ausgebende D-Flip-Flop-Schaltung (44) aufweist, die an ihrer D- Klemme mit der Ausgangsklemme des ODER-Gliedes (43) ver bunden und durch die Taktimpulse (CLK) entsprechend der synchronen Drehzahl getaktet ist, wobei ein Eingang des ersten UND-Gliedes (41) mit dem Q-Ausgang des monostabi len Multivibrators (35) verbunden und einem anderen Ein gang des ersten UND-Gliedes (41) das Ausgangssignal ( ↑ ) der Rotorstellungserfassungseinrichtung zugeführt ist, wobei ein Eingang des zweiten UND-Gliedes (42) mit dem invertieren den -Ausgang des monostabilen Multivibrators (35) ver bunden und einem anderen Eingang des zweiten UND-Gliedes (42) die Mitnahmeimpulsfrequenz (f _L) zugeführt ist, und wobei die Eingangsklemmen des ODER-Gliedes (43) mit der Ausgangsklemme des ersten (41) und des zweiten (42) UND- Gliedes verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung von Taktimpulsen ent sprechend einer Mitnahmeimpulsfrequenz zum Anlassen aus einem weiteren Impulsgenerator besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung von Taktimpulsen ent sprechend einer Mitnahmeimpulsfrequenz zum Anlassen aus einem vom Impulsgenerator (36) beaufschlagten Frequenz teiler (37) besteht, der einen weiteren monostabilen Multivibrator und eine weitere D-Flip-Flop-Schaltung auf weist, wobei die weitere D-Flip-Flop-Schaltung mit ihrer D-Klemme an ihrer invertierten -Klemme liegt, um da durch einen Kippvorgang durchzuführen, und die Ausgangs klemme des weiteren monostabilen Multivibrators mit der Klemme (CK) der weiteren D-Flip-Flop-Schaltung verbunden ist.