DE3228505A1

DE3228505A1 - Steueranordnung fuer einen motor

Info

Publication number: DE3228505A1
Application number: DE19823228505
Authority: DE
Inventors: Teruo Mitaka Tokyo Iwasawa
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1981-08-12
Filing date: 1982-07-30
Publication date: 1983-03-03
Also published as: DE3228505C2; US4510423A; JPS5829385A

Description

"Steueranordnung für einen Motor"

Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung für einen Motor zur Erzielung einer Rotation mit einem vorgegebenen Drehmoment und einer vorgegebenen Rotationsgeschwindigkeit, wobei der Motor eine Gegen-EMK erzeugt, deren Größe von der Rotationsgeschwindigkeit abhängt,mit einer mit dem Motor gekoppelten Detektionseinrichtung für die Gegen-EMK zur Erzeugung eines ersten Signals, dessen Amplitude der Gegen-EMK entspricht, mit einer Detektionseinrichtung für die Rotationsbewegung des Motors zur Erzeugung eines zweiten Signals, dessen Amplitude der Rotationsbewegung entspricht, mit einer Verknüpfungsschaltung für das erste und zweite Signal zur Erzeugung eines von dem ersten und zweiten Signal abhängigen dritten Signals und mit einer Steuerung für den Antriebsstrom des Motors, dessen Größe dem dritten Signal entspricht.

Für den Bandtransport bei Bandgeräten ist eine gleichmäßige Rotation mit einer geringen Änderung des Drehmoments erwünscht. Eine Änderung bzw. Welligkeit des Drehmoments verursacht Gleichlauf - und damit Tonhöhenschwankungen. Eine geeignete Methode zur Verringerung der GleichlaufSchwankungen besteht in der Verwendung eines Schwungrades mit einer großen tragen Masse. Die Verwendung eines großen Schwungrades verhindert jedoch die Reduktion der Größe und des Gewichtes eines Bandgerätes, verlangsamt die Reaktion auf die Start-/Stopp-Funktion und erhöht die Produktionskosten. Daher besteht ein erhebliches Bedürfnis, die gewünschte Gleichlaufcharakteristik mit einem nur kleinen Schwungrad oder, wenn möglich, völlig ohne Schwungrad zu erzielen. Der beste Weg, die Welligkeit des Drehmoments des Motors so klein wie möglich zu halten, besteht darin, ein konstantes Drehmoment des Motors zu erzeugen.

Die Forderung nach einer Reduktion der Welligkeit des Drehmoments ist nicht nur für einen Motors gegeben, der mit einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit, wie beispielsweise ein Capstan-Motor, umläuft. Ein anderer Motor, bei dem die Reduktion der Welligkeit des Drehmomentes erwünscht ist, ist der Plattenantrieb, bei dem die Rotationsgeschwindigkeit nach innen hin zunimmt, so daß die Tangentialgeschwindigkeit konstant ist. Ein derartiger Antrieb wird bei einem optischen Plattensystem zur Aufnahme und Wiedergabe von digitalen Signalen verwendet, wie es kürzlich auf den Markt gebracht worden ist. Um eine glatte Rotation in dem System zu erhalten, muß das Drehmoment des Motors unabhängig von der Variation der Rotationsgeschwindigkeit konstant gehalten werden. Darüber hinaus werden Motoren

Motoren ohne Welligkeiten des Drehmoments häufig dort erwünscht, wo eine Mehrzahl von konstanten Geschwindigkeiten benötigt werden. Steuersysteme, die die Welligkeit des Drehmomentes vermeiden, sind bisher nicht bekannt geworden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steueranordnung für einen Motor der eingangs erwähnten Art zu erstellen, durch die der Motor mit einem festen Drehmoment unabhängig von der Rotationsgeschwindigkeit des Motors betrieben werden kann. ;.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,«daß der Motor die beiden Detektionseinrichtungen, die Verknüpfungsschaltung und die Steuerung eine negative Rückkopplungsschleife bilden, die eine Proportionalität des zweiten Signals zum Produkt der Rotationsgeschwindigkeit und des Ausgangs-Drehmomentes herstellt und daß die Detektionseinrichtung das zweite Signal proportional zur Rotationsgeschwindigkeit ändert.

Bei der erfindungsgemäßen Steueranordnung wird das Produkt NT der Rotationsgeschwindigkeit N des Motors und des Ausgangs-Drehmoments T so geregelt, daß es proportional zu einem vorgegebenen Signal Vo ist. Das Signal Vo ist seinerseits proportional'zur Rotationsgeschwindigkeit N (NT = klVo und N = k2Vo, wobei kl und k2 Proportionalitätskonstanten sind: hieraus ergibt sich T = klVo/N = klVo/k2Vo = kl/k2). Demgemäß ist das Ausgangs-Drehmoment T konstant (kl/k2) und unabhängig von der Rotationsgeschwindigkeit N. Demzufolge können die Gleichlaufschwankungen ohne Vergrößerung der tragen Masse des rotierenden

Systems des Motors vermindert werden. Durch die Erfindung kann der Antrieb klein und leicht gehalten werden, wobei darüber hinaus ein schnelles Ansprechen auf Start und Stopp gewährleistet ist.

-f-9.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1^:

eine schematische Darstellung eines Gleichstrommotors in einer 3-Phasen-Sternschaltung

Figur 2:

ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Motorsteuerschaltung

Figur 3:

ein Schaltbild einer Umdrehungsgeschwindigkeit-Detektionsschaltung für die Schaltung gemäß Figur 2

Figur -4 :

J:

ein anderes Ausführungsbeispiel der Umdrehungsgeschwind igkeits-Detektionsschaltung gemäß Figur 3

Figuren 5 und 6:

jeweils Schaltbilder anderer Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Motorsteuergeräten

Figur 7:

eine grafische Darstellung zur Verdeutlichung der Änderung eines zweiten Signals Vo in Abhängigkeit von einer Belastungsänderung in der Schaltungsanordnung aus Figur 6.

Figur 1 zeigt einen mit Konstantstrom angetriebenen Motor Der Motor 10 ist als Gleichstrommotor in einer 3-Phasen-Sternschaltung ausgebildet und weist Ankerwicklungen IZ₁ bis 12-, Kommutatoren 14₁ bis 14- und Bürsten 16, und 16- auf. Ein Antriebsstrom I , der von einer Stromquelle 18 geliefert wird, fließt durch die Bürste 16. und den Kommutator 14. zur Wicklung 12.. Von dort fließt der Strom weiter durch die Wicklung 12₂ , durch den Kommutator 14_ und die Bürste 16_ zur Stromquelle 18 zurück.

Im Ausführungsbeispiel ist der Winkel zwischen den Bürsten 16^ und 16„ 180° und das (nicht dargestellte) magnetische Feldsystem ist ein 2-Pol-System aus Nordpol N und Südpol S. Der Winkel zwischen den in Sternschaltung {Y-Schalturig) verbundenen Wicklungen 12. bis 12, beträgt 120°. Die magnetischen Feldstärken, die durch die jeweiligen angeregten Wicklungen 12,. bis 12- erzeugt werden, sind mit Hl bis H3 bezeichnet. Zwischen den Bürsten 16. und 16« wird eine Gegen-EMK Ea erzeugt, für die die nachstehende Gleichung gilt:

Ea = KlN (Hl + H2 + H3) ...(D

In dieser Gleichung (1) bezeichnet N die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 10 und Kl eine Proportionalkonstante. Diese Gleichung ergibt sich aus der Lenz'sehen Regel. Das Ausgangs-Drehmoment T des Motors 10 ergibt sich zu

T = K2 . I., (Hl + H2 + H3) ...(2)

wobei I ein Ankerstrom und K2 eine Proportionalitätskonstante

- y-

sind. Diese Gleichung ergibt sich aus der Flemingschen Links-Hand- (3-Finger-) Regel. In der Gleichung (2) ändern sich die elektromagnetischen Feldstärken Hl bis H3 mit einer Variation der Magnetisierung des Feld-Elektromagneten und mit der Drehwinkelstellung des Ankers. Demzufolge ist das jeweilige Ausgangs-Drehmoment auch dann nicht konstant, wenn der Strom I

konstant ist.

Figur 2 zeigt eine Schaltungsanordnung, mit der die Motor-Ausgangsgröße NT und das Ausgangs-Drehmoment T konstant gehalten werden. Der Motor 10 ist mit einem Ende 2 über einen Widerstand R20 geerdet. Das andere Ende 1 des Motors 10 liegt über Widerstände R30 und R40 an Masse. Der Verbindungspunkt zwischen dem Motor 10 und dem Widerstand R20 ist mit dem invertierenden Eingang eines Verstärkers 20 verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R30 und R40 liegt am nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 20. Der Ausgang des Verstärkers 20 ist mit dem X-Eingang einer Teilerschaltung 26 verbunden. An den Y-Eingang der Teilerschaltung 26 ist eine Drehzahl-Meßschaltung 24 angeschlossen. Der Ausgang der Teilerschaltung 26 ist mit dem invertierenden Eingang eines Verstärkers 28 verbunden. Der nicht invertierende Eingang des Verstärkers 28 ist verbunden mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 20. Der Ausgang des Verstärkers 28 liegt an der Basis eines PNT-Transistors Q18. An dem Emitter des Transistors Q18, dessen Kollektor mit dem anderen Ende 1 des Motors 10 verbunden ist, liegt eine Spannungsquelle +Vcc.

Für die Funktion der Schaltung ist der Widerstand zwischen den Klemmen 1 und 2 des Motors 10, der mit RIO bezeichnet ist.

3Ϊ28505

von Bedeutung. RIO bis R14 sind so dimensioniert, daß sie die folgende Gleichung erfüllen:

RIO χ R40 = R20 X R30 ...(3).

Es wird vorausgesetzt, daß der Eingangswiderstand der Verstarker 20 und 28 sowie der Kollektor-Ausgangswiderstand des Transistors Q18 praktisch unendlich sind. Der durch die Gegen-EMK Ea des Motors 10 durch die Widerstände RIO bis R40 fließende Strom Ia ist:

Ia = Ea/(R10 + R20 + R30 + R40) ....U).

Das Potential eines invertierten Eingangssignals ElO des Verstärkers 20 und das Potential eines nicht invertierten Eingangssignals E12 sind:

ElO = - IaR20 ...{55

E12 = IaR40 . . . {6} .

Die Eingangsspannung E12 - ElO {Differenzsignal}, die auf den Verstärker 20 gelangt, kann von den Gleichungen (4) und (6) abgeleitet werden zu :

©s

E12 - ElO = Ia (R20 + R40)
= Ea (R20 + R40)/(R10 + R20 + R30 + R40.) .,.{7).

Durch Einsetzen der Gleichung (3) ergibt sich aus Gleichung (7

'3 22-S505

E12 - ElO = Ea/(1 + R30 /R40) = K3 χ Ea . . . (8) , wobei K3 die Konstante 1/(1 + R30/R40) zusammenfaßt.

Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 20 sei Al. Da das Differenzsignal E12 - ElO in Gleichung (8) auf den Verstärker 20 gegeben wird, ergibt sich das Ausgangssignal des Verstärkers 20, d. h. ein erstes Signal E20, zu

E20 = Al χ K3 χ Ea ...(9).

Das Signal E20 wird als Nenner X auf die Teilerschaltung 26 geleitet. Das zweite Signal Vo von der Drehzahl-Detektionsscha|.-tung 24 wird als Zähler Y der Teilerschaltung 26 benutzt. Eine genauere Schaltungsbeschreibung der Detektionsschaltung 24 erfolgt unten. Die Teilerschaltung 26 führt die Division Y/X durch und erzeugt ein geteiltes Signal E26, das sich ergibt zu:

E26 = Vo/(A1 χ K3 χ Ea) ...(10).

Die Signale E26 und ElO sind Eingangssignale für den Verstärker 28. Der Verstärker 28 verstärkt die Signaldifferenz ElO - E26 und erzeugt ein drittes Signal E28. Das dritte Signal E28 gelangt auf die Basis des Transistors Q18, Der Transistor Q18 versorgt den Motor 10 mit einem Antriebsstrom I dessen Ampli&ude umgekehrt proportional zu dem Potential des Signals E28 fst.

Die Widerstände R20 bis K30 und der Verstärker 20 bilden eine

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erste Schaltung 22 zur Messung der Gegen-EMK Ea des Motors 10 und Erzeugung eines ersten Signals E20. Die Umdrehunijsgeschwindigkeit-Detektionsschaltung 24 bildet eine zweite Schaltung, die die Umdrehungsgeschwindigkeit N des Motors 10 mißt und ein zweites Signal Vo erzeugt. Die Teilerschaltung 26 und der Verstärker 28 bilden eine dritte Schaltstufe 30, die in Abhängigkeit von den ersten und zweiten Signalen E20 und Vo ein drittes Signal E28 erzeugt. Der Transistor Q 18 bildet eine vierte Schaltstufe 18 zur Steuerung des Antriebsstroms I„ für den Motor mit einer Amplitude, die dem dritten Signal E28 entspricht.

Wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit N des Motors 10.von einem Ausgangswert ansteigt, erhöht sich auch die Gegen-EMK Ea (Gleichung (I)). Dadurch wächst das Eingangssignal E12 - Έ%0 des Verstärkers 20, so daß das erste Signal E20, das als Nenner X der Teilerschaltung 26 fungiert, ebenfalls anwächst (Gleichungen (8) und (9)). Es wird vorausgesetzt, daß die Zunahme des ersten Signals E20 beim Anwachsen der Umdrehungsgeschwindigkeit N größer ist als die Zunahme des zweiten Signals Vo, das als Zähler Y für die Teilerschaltung 26 benutzt wird, d. h. dE20/dN > dVo/dN. Mit der Zunahme des Signals E20 nimmt das geteilte Signal E26 ab (Gleichungen (9) und (10)}. Dadurch wächst das Eingangssignal ElO - E26 des Verstärkers 28, so daß das Potential des dritten Signals E28 ansteigt. Beim Ansteigen des Potentials des dritten Signals E28 nimmt der Basisstrom des Transistors Q18 ab, und der Antriebsstrom Ia nimmt ebenfalls ab. Durch das Absinken des Stroms I verringert sich die Umdrehungsgeschwindigkeit N des Motors 10. Auf diese,Weise wird eine Verschiebung der Umdrehungsgeschwindigkeit von einem Ausgangswert aufgehoben.

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Der Motor 10, die erste Schaltung 22, die zweite Schaltungsstufe 24, die dritte Schaltungsstufe 30 und die vierte Schaltungsstufe 18 bilden eine geschlossene negative Rückkopplungs- ' schleife. In der negativen Rückkopplungsschleife wird, wenn der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 28 extrem groß ist, die Differenz ElO - E26 zwischen dem nicht invertierten Eingangssignal ' und dem invertierten Eingangssignal des Verstärkers 28 fast auf Null reduziert (Dies ist eine allgemeine Eigenschaft einer negativen Rückkopplungsschaltung mit einer hohen Rückkopplung. ). Daher gilt im wesentlichen:

ElO = E26 *.. .(11).

Die Gleichung (11) wird realisiert, wenn als Verstärker 28 ein Operationsverstärker (der im allgemeinen einen Verstärkungsfaktor von 80 dB oder mehr aufweist) verwendet wird. Durch Einsetzen der Gleichung (5) und (10) in die Gleichung (11) ergibt sich :

- Ia . R20 = Vo/Al . K3 · Ea ... (12).

Bei einer festen Motorbelastung ist die Amplitude des Antriebsstroms I proportional zur Amplitude der Gegen-EMK Ea, und die Amplitude des Stroms Ia ist proportional zur Amplitude der Gegen-EMK Ea. Daher gilt:

- Ia = K4 χ L ...(13),

wobei K4 ein konstanter Proportionalfaktor ist. Das negative Vorzeichen des Stroms Ia bezeichnet die Richtung der Gegen-EMK.

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Bildet man den Quotienten von Gleichung (1) und Gleichung (2),

ergibt sich: ·

JSa _ Rl N_ (Hl + H2 + H3) Kl N

T ~ K2" ' I " (Hl + H2 + H3) ~ K2" ' I₁₁ '

M M

Daraus ergibt sich:

Ea = (K1/K2) NT/I_M ..„(14)

Durch Kombination der Gleichung (13) und (14) mit Gleichung (12) ergibt sich nach geeigneter Umformung:

Vo = Al . R20 (Kl . K3 . K4/K2) NT

= K5 χ NT ...(15) ,

wobei K5 die Konstante A1.R20 (kl.K3.K4/K2) bezeichnet.

Die Gleichung (15) zeigt, daß die negative Rückkopplungsschleife das Produkt NT der Umdrehungsgeschwindigkeit N und des Ausgangs-Drehmoments T proportional zum zweiten Signal Vo macht. Da das Produkt NT die von dem Motor 10 erhaltene Ausgangsgröße angibt, wird die Ausgangsgröße NT des Motors 10 automatisch auf der Basis des zweiten Signals Vo geregelt.

Wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit-Detektionsschaltung 24 das zweite Signal Vo proportional zur Umdrehungsgeschwindigkeit N des Motors 10 erzeugt, gilt:

α . Vo = K6 χ N ... (16) ,

-13 -

'- 17-

if

wobei K6 ein konstanter Proportionalfaktor ist. Durch Einsetzen der Gleichung (16) in Gleichung (15) ergibt sich:

K6 χ N = K5 χ NT,
und somit:

T = K6/K5 ...(17).

Gleichung (17) ergibt, daß das Ausgangs-Drehmoment T unabhängig von der Umdrehungsgeschwindigkeit N konstant ist. Mit anderen Worten-· rotiert der Motor stetig und schwankungsfrei bei jeder RotatÄonsgeschwindigkeit.

Voraussetzung für Gleichung (17) ist die Gültigkeit der Gleichung (16). Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, mit dem die Gültigkeit der Gleichung (16), d. h. eine lineare Proportionalität zwischen Vo und N-, erfüllt wird. Der Motor 10 ist hier mit einem Frequenzgenerator FG 24.. gekoppelt. Ein Ausgangssignal E30 des Frequenzgenerators FG 24.. gelangt auf einen Frequenz-Spannungs-Konvertrer (oder Digital-Analog-Konvertrer) 24„. Ein Ausgangssignal E32 des Konverters 24« wird mit einem veränderbaren Widerstand VR24 spannungsgeteilt und stellt das zweite Signal Vo dar. Da der Frequenzgenerator FG 24.. ein Ausgangssignal E30 mit einer Frequenz, die proportional zu der Umdrehungsgeschwindigkeit N des Motors 10 ist, erzeugt, ist das zweite Signal Vo proportional zur Umdrehungsgeschwindigkeit N. Der veränderbare Widerstand VR24 beeinflußt die Amplitude des zweiten Signals Vo. Demzufolge kann der Ausgangswert NT des Motors 10 mit Hilfe des veränderbaren Widerstands VR24 eingestellt werden, wie der Gleichung (15) zu entnehmen ist.

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Wenn das Ausgangs-Drehmoment T des Motors 10 detektiert wird, um das zweite Signal Vo zu bilden, gilt die folgende Relation:

Vo = K7 χ T ...(16A),

wobei K7 ein konstanter Proportionalitatsfaktor ist. Durch Einsetzen der Gleichung (16A) in Gleichung (15) ergibt sich:

K7 χ T = K5 χ NT, «t

und somit:

N = K7/K5 ...(17A).

Die Gleichung (17A) zeigt, daß die Rotationsgeschwindigkeit N unabhängig von dem Ausgangs-Drehmoment T festgelegt ist. Wenn also das zweite Signal Vo proportional zum Ausgangs-Drehmoment T ist, wird eine festgelegte Rotation des Motors 10 erhalten, deren Geschwindigkeit in geeigneter Weise geändert werden kann.

Figur 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel zur Erfüllung der Gleichung (16). Die Ausgangsklemme des Verstärkers 20 ist über einen veränderbaren Widerstand VR24 mit dem Y-Eingang der Teilerschaltung verbunden. Das erste Signal E20 dieses Verstärkers 20 ist proportional zur Gegen-EMK Ea des Motors 10 (Gleichung (9)). Die Gegen-EMK Ea ist proportional zur Rotationsgeschwindigkeit N des Motors 10 (Gleichung (L)) . Ein zweites Signal Vo, das von dem Abgriff des variablen Widerstands VR24 abgenommen wird, ist proportional zur Rotationsbeschwandigkeit N (Gleichung (16)).

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Das Ausgangs-Drehmoment T (taäer der Ausgangswert NT) des Motors 10 kann in geeigneter Weise durch den variablen Widerstand VR24 eingestellt werden.

Figur 5 zeigt eine Modifikation des Ausführungsbeispiels aus Figur 2. Der Ausgang des Verstärkers 20 ist mit dem X-Eingang einer Multiplizierstufe 27 verbunden. Der Y-Eingang der Multiplizierstufe 27 ist an den invertierenden Eingang des Verstärkers 20 angeschlossen, und sein Ausgang ist mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 28 verbunden. Der nicht invertierende Eingang des Verstärkers 28 ist über einen veränderbaren Widerstand VR 24 mit dem Ausgang des Verstärkers 20 verbunden.

Das erste und zweite Signal E20 und ElO wird jeweils auf einen der Eingänge der Multiplizitrstufe 27 geleitet. Die Multiplizierstufe 27 erzeugt ein Sicnal E27.

E27 = ElO χ Ε20 . . . (18)

Aus den Gleichungen (5) und (13) folgt:

ElO = K4 χ R20 χ I_M ...(19).

Weiterhin ergibt sich aus dt-, Gleichungen (9) und (14):

E20 =s Al (Kl . K3/K2) *T/I_M ...(20).

Durch Einsetzen der Gleichu:gen (19) und (20) in Gleichung (18) ergibt sich das multiplizierte Signal E27 zu

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E27 = Al . R20 (Kl . K3 . K4/K2) NT

= K8 X NT ... (21) .

Die anhand der Figur 2 erwähnte negative Rückkopplungsschleife existiert auch in der in Figur 5 dargestellten Schaltung. Durch die Wirkung der negativen Rückkopplung nähert sich die Signaldifferenz Vo - E27 infinitesimal an Null an. Daher gilt dann:

Vo = E27 ...(22) .

Durch Einsatz der Gleichung (21) in Gleichung (22) ergibt sich; Vo = K8 χ NT '. . . (23) .

Gleichung (23) weist eine identische Form mit Gleichung (15) auf, Demzufolge kann auch in der Anordnung der Figur 5 der Ausgangswert NT des Motors 10 durch das zweite Signal Vo geregelt werden. In der in Figur 5 dargestellten Anordnung ist - ebenso wie in der Anordnung in Figur 4 - das zweite Signal Vo proportional zur Rotationsgeschwindigkeit N des Motors. Daher ist die Gleichung (16) erfüllt, und das Ausgangs-Drehmoment T des Motors 10 kann unabhängig von der Drehgeschwindigkeit festgelegt werden .

Die bisherigen Überlegungen beziehen sich auf den Fall, daß keine Belastungsänderung für den Motor berücksichtigt wird. Wenn die Belastung fest ist, kann der Motor-Ausgangswert NT, der für eine gewünschte Rotationsgeschwindigkeit N erforderlich ist, konstant sein. Um eine feste Rotationsgeschwindigkeit N unabhängig von einer Belastungsvariation zu erhalten^ ist die

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Änderung des Ausgangswerts NT rait der Belastungsvariation erforderlich. Demzufolge ist es notwendig, das zweite Signal Vo entsprechend der Belastungsvariation für die Geschwindigkeitskontrolle des Motors zu verändern, wie Gleichung (15) zu entnehmen ist. Dies kann durch Drehen des variablen Widerstands VR24 entsprechend der Belastungsvariation oder durch Ersetzen des Widerstands VR24 durch eine automatische Verstärkungsregelungsschaltung geschehen, wenn die automatische Verstärkungsregelungsschaltung (AGC) entsprechend der Belastungsvariation gesteuert wird.

Figur 6 zeigt eine Anordnung zur Änderung des zweiten Signals Vo entsprechend der Belastungsvariation für den Motor 10. Das Ende 2 des Motors 10 ist mit dem nicht invertierten Eingang eines Verstärkers 32 über eine Referenzspannung V_n für die Geschwindigkeitsregulierung verbunden. An den nicht invertierten Eingang des Verstärkers 32 ist die andere Klemme 1 des Motors 10 über einen Widerstand R15 angeschlossen. Dieser Eingang ist über einen Widerstand R60 an Masse gelegt. Ein Filterkondensator 34 zur Glättung von Welligkeiten liegt zwischen dem Anschluß 2 des Motors 10 und einem Verbindungspunkt der Widerstände R50 und R60. Der (niederohmige) Ausgang des Verstärkers 32 ist über Widerstände R70 und R80 mit einer niederohmigenKonstantspannungsquelle Vr verbunden. Das zweite Signal Vo ist am Verbindungspunkt zwischen den Widerständen R70 und R80 abnehmbar.

Wenn die Belastung des Motors 10 ansteigt und die Rotationsgeschwindigkeit abnimmt, nimmt auch die Gegen-EMK Ea des Motors ab und das Potential des Signals ElO steigt (Gleichungen (1), (4) und (5)). Dadurch nimmt die positive Eingangsspannung des Verstärkers 32 zu, so daß die Ausgangsspannung Vs

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hochgeht. Ein Ansteigen der Ausgangsspannung Vs führt zu einem Ansteigen des Signals Vo, das als Zähler des Quotienten Y/X fungiert. Dadurch steigt das Potential des dividierten Signals E26 an, wodurch das dritte Signal E28 abfällt. Daraus resultiert ein Ansteigen des Antriebsstroms I und das Ausgangs-Drehmoment T wächst (Gleichung (2)). Der Ausgangswert NT des Motors wird daher groß. Das Ansteigen des Äusgangswertes kompensiert das Absinken der Rotationsgeschwindigkeit N durch das Ansteigen der Belastung. Beim Starten des Motors 10, wenn N klein (fast Null) ist, ist Vs groß. Wenn umgekehrt der Motorausgangswert NT zu groß ist, ist Vs klein.

Bezeichnet man den Strom, der von dem Verstärker 32 zu den Widerständen R70 und R80 fließt, mit Ir, gilt:

Vs = Vo + Ir . R70 ...(24)

Ir = (Vs - Vr)/(R70 + R80) ...(25).

Durch Einsetzung der Gleichung (25) in Gleichung (24) und geeigneter Umformung ergibt sich:

^Vs = - IM ^{Vr + (1 +} IM ^{) VO} ...(26).

Die grafische Darstellung der Gleichung (26) ist in Figur 7 durch eine durchgezogene Linie dargestellt. Diese Linie verschiebt sich in Richtung der gestrichelten Linie, wenn das zweite Signal Vo ansteigt, wobei eine feste Steigung - R70/R80 beibehalten wird.

Wenn in Figur 6 R30 = R50, R40 = R60 und V_n-O ist, ist das Eingangs- Differenzsignal des Verstärkers 20 gleich dem Ein-

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gangs-Differenzsignal des Verstärkers 32.

Daraus ist erkennbar, daß die Amplitude des Ausgangssignals Vs des Verstärkers 32 proportional zum Ausgangssignal E20 des Verstärkers 20 ist, also ]Vs j prop. |E20 | . Aus den Gleichungen (1) und (9) ergibt sich dann:

E20 = Al . Kl . K3 /Hl + H2 + H3)N prop. N ...(27). Dementsprechend ist:

Vs = K9 χ N ...(28),

wobei ^9 eine Proportionalitätskonstante mit der Größe Al . Kl . K3 (Hl + H2 + H3) in Gleichung (27) ist.

In der Anordnung der Figur 6 ist gleichzeitig eine Detektionsschaltung für den Motor-Ausgangswert in Form der Widerstände R20 bis R40 und des Verstärkers 20 und eine Detektionsschaltung für die Motorgeschwindigkeit mit den Widerständen R20, R50 bis R80 und dem Verstärker 32 enthalten. Ein Anteil der Motor-Ausgangsregelung zu der Motor-Geschwindigkeitsregelung ist durch die Widerstände R70 und R80 und die Spannung Vr bestimmt. Wenn beispielsweise R70/R80 unendlich ist, gilt Vr = Vo = K5 χ NT (Gleichung (15)), und die Ausgangsregelung wird durchgeführt. Wenn R70/R80 = 0 gilt, ist Vo = Vs = K9 χ Ν (Gleichung (28)5, und es findet eine Geschwindigkeitsregelung statt. Wenn 0 < R70/R80 < °° , ist Vo eine Funktion der Parameter N und NT.

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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele eingeschränkt, da verschiedene Modifikationen dieser Ausführungsbeispiele möglich sind. Der Motor 10 muß nicht ein 3-Phasen-Gleichstrommotor in Sternschaltung sein, obwohl ein derartiger Motor für die vorliegende Erfindung vorteilhaft ist. Grundsätzlich ist für die Erfindung jeder Motor verwendbar, dessen Gegen-EMK Ea durch die Rotation des Rotors gebildet wird und dessen Ausgangs-Drehmoment T proportional zum Antriebsstrom I ist. Während in den dargestellten Ausführungsbeispielen die vierte Schaltungsstufe 18 durch eine Konstantstromquelle mit einem Kollektoranschluß gebildet ist, kann grundsätzlich als vierte Schaltstufe jede Schaltung benutzt werden, die den Antriebsstrom I mit einer Amplitude^,, die dem dritten Signal E28 entspricht, auf den Motor leitet. Eine Brückenschaltung, die den Motor 10 zur Ermittlung der Gegen-EMK Ea des Motors enthält, kann durch jede andere Anordnung ersetzt werden. In Figur 3 kann beispielsweise ein der Gegen-EMK Ea entsprechendes Signal vom Ausgang E30 des Frequenz-Generators FG24, abgenommen werden. Die Drehgeschwindigkeit des Motors kann unter Verwendung eines Hall-Elements, das auf eine durch die Rotation des Motors bedingte Veränderung des magnetischen Feldes reagiert, gemessen werden.

Die Teilerstufe 26 und die Multiplizierstufe 27 können sowohl digital als auch analog arbeiten. Da die Arbeitsgenauigkeit der Teilerstufe im praktischen Gebrauch nicht so streng genommen werden muß, kann eine analoge Teilerstufe {oder Multiplizierstufe) mit einem einfachen logarithmischen Wandler, einer Subtrahierstufe (oder Addierstufe) und einem exponentiellen Wandler verwendet werden. Der veränderbare Widerstand VR24, der in Figur 3 dargestellt ist, kann beispielsweise durch

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eine elektronische Dämpfschaltung mit einem Feldeffekttransistor FET oder einem Fotokoppler ersetzt werden, der durch eine Leuchtdiode LED und einer CdS-ZeIIe gebildet ist, deren Innenwiderstand durch ein auf die LDS geleitetes Regelsignal gesteuert wird.

A.

L e e r s e 11 θ

Claims

Patentansprüche:

1.^Steueranordnung für einen Motor (10) zur Erzielung einer Rotation mit einem vorgegebenen Drehmoment (T) und einer vorgegebenen Rotationsgeschwindigkeit (N), wobei der Motor (10) eine Gegen-EMK (Ea) erzeugt, deren Größe von der Rotationsgeschwindigkeit (N) abhängt, mit einer mit dem Motor (10) gekoppelten Detektionseinrichtung (22) für die Gegen-EMK (Ea) zur Erzeugung eines ersten Signals (E20), dessen Amplitude der Gegen-EMK (Ea) entspricht,

mit einer Detektionseinrichtung (24) für die Rotationsbewegung des Motors (10) zur Erzeugung eines zweiten Signals (Vo), dessen Amplitude der Rotationsbewegung entspricht ,

mit*einer Verknüpfungsschaltung (30) für das erste und zweite Signal (E20, Vo) zur Erzeugung eines von dem ersten und zweiten Signal abhängigen dritten Signals (E28)

und mit einer Steuerung (18) für den Antriebsstrom (I_M) des Motors (10), dessen Größe dem dritten Signal (E28) entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (10), die Detektionseinrichtung (22), die Detektionseinrichtung (24), die Verknüpfungsschaltung (30) und die Steuerung (18) eine negative Rückkopplungsschleife bilden, die eine Proportionalität des zweiten Signals (Vb) zum Produkt (NT) der Rotationsgeschwindigkeit (N) und des Ausgangs-Drehmoments (T) herstellt und daß die Detektionseinrichtung (24) das zweite Signal (Vo) proportional zur Rotationsgeschwindigkeit (N) ändert.

2. Steueranordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß die Verknüpfungsschaltung (30) eine Teilerstufe (26) zur Teilung des zweiten Signals (Vo; Y) durch das erste Signal (E20;X) und Bildung eines Signals (E26), das dem Quotienten Y/X entspricht und eine Differenzschaltung (28) enthält, die mit dem Motor (10) und der Teilerstufe (26) zur Bildung eines dritten Signais (E28) verbunden, ist, dessen Amplitude der Potentialdifferenz (E10-E26) zwischen dem die Gegen-EMK (Ea) repräsentierenden Potential (ElO) und dem Potential des Quotienten-Signals (26) entspricht.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Verknüpfungsschaltung eine Multiplizierstufe (27) zur Bildung eines Produktsignals (E27) aus dem ersten Signal (E20) und dem zweiten Signal (Vo) und eine Differenzschaltung (28) enthält, die mit der Detektionsschaltung (24) und der Multiplizierstufe (27) zur Bildung

eines dritten Signals (E28) verbunden ist, dessen Größe der Potentialdifferenz (Vo-E26) zwischen dem Potential des zweiten Signals (Vo) und dem Potential des Produktsignals (E27) entspricht.

4. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a durch gekennzeichnet, daß der Motor (10) ein Dreiphasen-Gleichstrommotor in Sternschaltung ist.

5. Steueranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerung (18) für den Antriebsstrom (I_M) eine von dem dritten Signal (E28) abhängige Konstantstromquelle (Q 18) aufweist.

6. Steueranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (10) zwei Anschlüsse (1,2) aufweist, an denen die Gegen-EMK (Ea) ansteht, daß die Detektionseinrichtung (22) einen mit der ersten Klemme (1) des Motors (10) verbundenen Widerstand (R30), einen mit dem zweiten Anschluß (2) des Motors (10) verbundenen zweiten Widerstand (R20) und einen dritten Widerstand (R40) aufweist, der zwischen das andere Ende des ersten Widerstands (R30) und dem anderen Ende des zweiten Widerstands (R20) geschaltet ist, wobei ein von der Gegen-EMK (Ea) abhängiger Strom (Ia) durch die drei Widerstände (R20,R30,R40) fließt und ein erstes Potential (E12) am anderen Ende des ersten Widerstands (R30) und ein zweites Potential (ElO) am anderen Ende des zweiten Widerstands (R20) erzeugt

und daß mit dem anderen Ende des ersten Widerstands (R3O) und dem anderen Ende des zweiten Widerstands (R20) eine Differenzschaltung (20) verbunden ist, die das erste Signal (E2O) mit einer Größe erzeugt, die von der Potentialdifferenz (E12-E10) zwischen dem ersten Potential (E20) und dem zweiten Potential (10) abhängt.

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