DE3221993C2 - - Google Patents
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- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
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- G—PHYSICS
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- G11B15/60—Guiding record carrier
- G11B15/66—Threading; Loading; Automatic self-loading
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- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Brushless Motors (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung, wie
sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist.
Eine Steuerschaltung der vorstehend bezeichneten Art ist
generell bereits bekannt (DE-AS 16 38 538, DE 28 09 314 A1,
JP 55 18 879).
Zum Bremsen des Rotors kann bekanntermaßen
eine Motorspule verwendet werden.
Es sind Schrittschaltmotoranordnungen be
kannt (DE 29 08 182 A1, Zeitschrift "STZ", Nr. 48, 29. 11. 73,
Seiten 969 bis 976), durch die ein Bremsen und
Positionieren durch entsprechende Spulenerregung er
folgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschal
tung zu schaffen, die einen bürstenlosen Gleichstrommotor
festzubremsen bzw. zu blockieren gestattet.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im
Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend bei
spielsweise näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein Band
transportsystem eines Videobandrecorders, bei dem
die Erfindung angewandt werden kann.
Fig. 2 zeigt in einer vereinfachten Darstellung einen
herkömmlichen Spulenträger-Stillsetzungsmechanis
mus in einem Bandtransportsystem.
Fig. 3 zeigt in einer Ausführungsform der Erfindung eine
Treiberschaltung für einen bürstenlosen Gleich
strommotor vom 2-Phasen-Schalttyp.
Fig. 4 zeigt in einem Signaldiagramm den Verlauf von
Signalen, anhand deren der Betrieb der Treiberschal
tung gemäß Fig. 3 erläutert wird.
Fig. 5 zeigt ein Drehmoment-Diagramm bezüglich der
Stillsetzung des Motors.
Fig. 6 und 7 veranschaulichen die Motor-Treiberschal
tung gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung.
In Fig. 1 ist in einer vereinfachten Darstellung ein
Bandtransportsystem eines Videobandrecorders gezeigt,
bei dem die Erfindung angewandt werden kann. Ein
Magnetband 2, welches aus einer Kassette 1 herausge
zogen ist, wird um eine sich drehende Kopftrommel 3
mittels eines Lademechanismus herumgewickelt.
In diesem Augenblick ist einer der Spu
lenträger, die mit einer Abwickelspule 4 bzw. mit
einer Aufwickelspule 5 der Kassette 1 verbunden sind,
festgehalten bzw. arretiert.
Fig. 2 zeigt in einer vereinfachten Darstellung einen
herkömmlichen Spulentrommel-Stillsetzungsmechanismus.
Ein Bremsband 7 ist dabei mit einem Ende festgelegt
und um einen Spulenträger 6 herumgewickelt. Das andere
freie Ende des betreffenden Bremsbandes 7 ist an einem
Hebel 9 fest angebracht, der von einem elektromagnetisch
betätigten Kolben 8 angetrieben wird. Wenn der be
treffende Kolben 8 angetrieben wird, wird das be
treffende Bremsband 7 gelockert, und dem Spulenträ
ger 6 ist eine ungehinderte Drehung ermöglicht. Wenn
der betreffende Kolben 8 indessen aberregt ist, wird
das Bremsband 7 an die Spulentrommel 6 fest angelegt,
und zwar mittels einer Feder 10, so daß der Umlauf der
betreffenden Spulentrommel 6 gesperrt ist. Dieser Spu
lentrommel-Stillsetzungsmechanismus weist somit
Nachteile auf, die durch die Vielzahl von mechanischen
Komponenten, durch hohen Leistungs
verbrauch bei elektromagnetisch betätigten
Kolben und durch Arbeitsgeräusche dieses
Kolbens gegeben sind.
Der Erfindung entsprechend wird nun der
Umlauf eines Spulenträgers dadurch stillgesetzt bzw.
gebremst, daß ein mit einer Spulenwelle direkt ver
bundener Motor elektrisch stillgesetzt bzw. abgebremst
wird. Als Spulenmotor für diesen Zweck können bürsten
lose Gleichstrommotoren vom unidirektionalen bzw.
in einer Richtung laufenden 2-Phasen-Schalttyp ver
wendet werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß
auch ein anderer Motor verwendet werden kann, der mehr
als drei Schaltphasen aufweist.
In Fig. 3 ist eine Treiberschaltung bzw. Steuerschal
tung eines bürstenlosen Gleichstrommotors vom 2-Phasen-
Schalttyp veranschaulicht. Diese Schaltung stellt eine
Ausführungsform der Erfindung dar. In Fig. 4 sind in
einem Signaldiagramm Signale veranschaulicht, die den
Betrieb der betreffenden Schaltungsanordnung veran
schaulichen. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird ein Hall-
Element 12 als Rotorstellungs-Detektoreinrichtung ver
wendet. Zwei Ausgangssignale dieser Detektoreinrich
tung werden einer Detektorschaltung zugeführt, die
Transistoren Q1 und Q2 umfaßt. Die Detektorschaltung
erzeugt Schaltsignale b und c mit zueinander entgegen
gesetzter Phasenlage. Diese Schaltsignale treten je
weils nach einem elektrischen Phasenwinkel von 180° mit
hohem Pegel bzw. mit niedrigem Pegel auf, wie dies in
Fig. 4B und 4C veranschaulicht ist. Bei dieser Detek
torschaltung sind die Emitter der Transistoren Q1 und Q2
mit einem gemeinsamen Widerstand 13 unter Bildung eines
Differenz-Schaltkreises verbunden. Der Widerstand 13
ist mit einer Speisespannungsquelle Vcc verbunden, die
einen Betriebsstrom in die Detektorschaltung fließen
läßt. Ein weiterer Betriebsstrom wird von der Speise
spannungsquelle Vcc über einen Widerstand 14 dem Hall-
Element 12 zugeführt.
Die an den Ausgängen b und c der Transistoren Q1 und Q2
auftretenden Ausgangssignale werden Steuer- bzw. Trei
bertransistoren Q3 und Q4 zugeführt, so daß zwei
2-Phasen-Motorspulen 15A und 15B abwechselnd nach je
weils 180° des elektrischen Phasenwinkels speist wer
den, um die Drehmomente TA bzw. TB zu erzeugen, wie
dies in Fig. 4A veranschaulicht ist. Eine Servo-Spannung
Vs wird dabei den Spulen 15A und 15B von einer Ge
schwindigkeits- bzw. Drehzahlservoschaltung her zuge
führt.
Im allgemeinen weist ein bürstenloser Gleichstrommotor
vom 2-Phasen-Schalttyp zwei "Dreh-Totpunkte" bei jedem
elektrischen Winkel von 180° auf, bei denen ein Null-
Drehmoment hervorgerufen wird. Es ist ein verbesserter
bürstenloser 2-Phasen-Gleichstrommotor bekannt, der
Hilfspole oder nichtmagnetisierte Bereiche in einem
Feldsystem und Spezialwicklungen in einem Ankersystem
aufweist. Die Hilfspole oder die nichtmagnetisierten
Bereiche sind bei jedem elektrischen Winkel von 180°
zweier Feldmagneten vorgesehen, die sich über einen
elektrischen Winkel von 360° erstrecken. Jede Wicklung
weist eine Wicklungssteigung (das ist der Winkelab
stand zwischen zwei Spulenbereichen, die ein Dreh
moment hervorrufen) auf, die kleiner ist als der
elektrische Winkel von 180°.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein nach Erde bzw.
Masse hin führender Schalter 16 vorgesehen, der - wie
in Fig. 3 veranschaulicht - einen der Ausgangsan
schlüsse des Hall-Elements 12 mit Erde bzw. Masse
verbindet. Dieser Schalter 16 kann beim Laden oder
Entladen durch ein Steuersignal für einen Antriebs
motor des Ladesystems oder von einer anderen Einrich
tung her geschlossen werden. Wenn der betreffende
Schalter 16 geschlossen ist, wird der Transistor Q1
unabhängig vom Ausgangssignal des Hall-Elements einge
schaltet bzw. in den leitenden Zustand gebracht. Dem
gemäß wird ein Treibertransistor Q4 eingeschaltet bzw.
in den leitenden Zustand gebracht, und die Spule 15B
wird gespeist bzw. erregt.
Ist die Emitter-Kollektor-Sättigungsspannung des
Transistors Q1 zu Null gemacht, wenn die Transistoren
Q1 und Q4 eingeschaltet sind, dann wird der Emitter
des Transistors Q1 auf ein Potential der Basis-Emitter-
Spannung VBE des Transistors Q4 in bezug auf Erd- bzw.
Massenpotential festgeklemmt. Das andere Ausgangssignal
des Hall-Elements 12 ist unter jeglichem Detektorzu
stand niemals niedriger als der Erd- bzw. Massepegel.
Demgemäß kann der Transistor Q2 die Basis-Emitter-
Spannung in solcher Höhe aufnehmen, daß der Transistor
Q2 eingeschaltet bzw. in den leitenden Zustand ge
bracht wird. Demgemäß sind der Transistor Q2 und dem
gemäß der Transistor Q3 abgeschaltet bzw. nichtleitend,
weshalb die Spule 15A nicht gespeist wird.
Infolgedessen wird lediglich ein Drehmoment TB der
B-Phase hervorgerufen, wie dies in Fig. 5 veranschau
licht ist. Dadurch wird der Rotor des Motors an der
Stelle S des Null-Drehmoments stillgesetzt. Wenn der
Rotor von dem Drehwinkel des Punktes S aus wegwandern
würde, wird ein Drehmoment in der durch einen Pfeil
markierten Richtung hervorgerufen, um den Rotor zu
rückzuziehen. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt
dies, daß der Punkt S ein stabiler Punkt des Rotors
unter der Speisung der einen Seite ist und daß eine
Festhaltekraft gegen externe Kräfte innerhalb des
Bereiches von U wirkt. Der Spulenträger 6 ist so
stillgesetzt bzw. abgebremst, daß er beim Laden und
Entladen nicht gedreht wird. Der stabile Punkt S ist
eine Drehstellung, bei der die N-S-Grenzlinie eines
Feldpoles gerade bei den ein Drehmoment erzeugenden
Leitern der B-Phasen-Spule 15 angeordnet ist.
Im folgenden werden die Fig. 6 und 7 näher betrachtet,
die weitere Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
Gemäß Fig. 6 ist ein Schalter 16 zwischen einem der
Stromabgabeanschlüsse des Hall-Elements 12 und einem
Erd- bzw. Massepunkt angeschlossen. Daneben ist ein
hoher Widerstand 17 zwischen dem auf der Seite des
Transistors Q1 liegenden Ausgangsanschluß des Hall-
Elements 12 und dem Erd- bzw. Massepunkt angeschlos
sen.
Gemäß Fig. 6 ist der Schalter 16 während der Still
setzungs- bzw. Abbremsphase geöffnet. In diesem Zu
stand fließt ein Basisstrom des Transistors Q1 durch
den Widerstand 17. Dabei sind der Transistor Q1 einge
schaltet bzw. im leitenden Zustand, und der Transistor
Q2 ist abgeschaltet bzw. gesperrt. Demgemäß fließt ein
Strom lediglich durch die B-Phasen-Spule 15B, um den
Rotor in einer solchen Weise stillzusetzen bzw. ab
zubremsen, wie dies bei der Ausführungsform gemäß
Fig. 3 erläutert worden ist.
Gemäß Fig. 7 ist ein Schalter 16 zwischen dem anderen
Ausgangsanschluß des Hall-Elements 12 und der Vcc-
Spannungsversorgungsleitung angeschlossen. Wenn der
Schalter 16 geschlossen ist, wird der Transistor Q1
abgeschaltet bzw. gesperrt, und demgegenüber wird
der Transistor Q2 eingeschaltet bzw. leitend. Demge
mäß fließt in diesem Fall ein Strom lediglich durch
die A-Phasen-Spule, was dazu führt, daß der Rotor
sowie der Spulenträger 6 stillgesetzt bzw. abgebremst
sind.
Die Erfindung kann auch bei einem bürstenlosen Gleich
strommotor vom unidirektionalen Schalttyp mit mehr als
zwei Phasen angewandt werden. Überdies kann die Er
findung nicht nur bei dem Bandtransportsystem ange
wandt werden, sondern auch bei anderen verschiedenen
Systemen, die die Notwendigkeit mit sich bringen,
einen Umlauf stillzusetzen bzw. abzubremsen. Außerdem
kann der bei den Ausführungsformen vorgesehene Schal
ter 16 durch einen elektronischen Schalter ersetzt
werden, der einen Transistor oder dgl. umfaßt.
Claims (6)
1. Steuerschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor,
mit Schaltelementen für die Speisung von Spulen mit
Gleichstrom und
mit mindestens einer Treiberschaltung, die jeweils einen
ersten und einen zweiten je ein Schaltelement ansteuernden
Steuertransistor und einen ein Wechselspannungssignal
erzeugenden Drehstellungsdetektor aufweist, dessen einer
Ausgangsanschluß mit der Basis des ersten und dessen anderer
Ausgangsanschluß mit der Basis des zweiten Steuertransistors
verbunden ist, so daß in Abhängigkeit der Rotorstellung
Schaltsignale an die Schaltelemente abgegeben werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Schalteinrichtung (16) vorgesehen ist, die den
Ausgangszustand des Drehstellungsdetektors (12) derart
festlegt, daß lediglich eines der Schaltelemente (Q3, Q4) zur
Speisung lediglich einer der Spulen eingeschaltet wird,
während die anderen Schaltelemente abgeschaltet bleiben, und
daß die Schalteinrichtung (16) derart betrieben ist, daß der
Rotor bewegt bzw. stillgesetzt wird.
2. Steuerschaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der bürstenlose Motor ein alternierend arbeitender
2-Phasen-Schaltmotor ist, der A-Phasen- und
B-Phasen-Spulen (15A, 15B) aufweist, die über zwei
Schalttransistoren (Q3, Q4) als Schaltelemente derart
gespeist werden, daß zwei Schaltsignale (b, c) elektrisch mit
zueinander entgegengesetzter Phasenbeziehung alle 180° mit
hohem Pegel bzw. mit niedrigem Pegel auftreten.
3. Steuerschaltung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Drehstellungsdetektor (12) ein Hall-Element ist.
4. Steuerschaltung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schalteinrichtung (16) zwischen einem der
Ausgangsanschlüsse des Hall-Elements (12) und einem
Erdpotentialpunkt angeschlossen ist und daß die betreffende
Schalteinrichtung (16) im geschlossenen Zustand das eine
Ausgangssignal der Ausgangssignale der
Treiberschaltung (12, 13, Q1, Q2) auf einem hohen Pegel und das
andere Ausgangssignal auf einem niedrigen Pegel festlegt,
wobei die Speisung bzw. Erregung lediglich einer der
A-Phasen- und B-Phasen-Spulen (15A, 15B) erfolgt.
5. Steuerschaltung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schalteinrichtung (16) zwischen einem der
Steuerstromanschlüsse des Hall-Elements (12) und dem
Erdpotentialpunkt liegt und daß zwischen einem der beiden
Ausgangsanschlüsse des Hall-Elements und dem
Erdpotentialpunkt ein Widerstand (17) vorgesehen ist.
6. Steuerschaltung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schalteinrichtung (16) zwischen einem der beiden
Ausgangsanschlüsse des Hall-Elements (12) und einer
Gleichspannungsversorgungsleitung (Vcc) angeschlossen ist.
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