DE3424247A1 - Kollektorloser gleichstrommotor - Google Patents

Description

• Kollektorloser Gleichstrommotor
• Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstrommotor, enthaltend eine Kommutierungseinrichtung mit wenigstens zwei Sensoren zur Erzeugung von in einer bestimmten Phasenbeziehung aufeinanderfolgenden Ansteuersignalen für wenigstens zwei Motorwicklungen.
• Solche Gleichstrommotoren sind bekannt und wegen ihres problemlosen Aufbaus und der variabel einstellbaren Drehzahl für einen großen Anwendungsbereich qualifiziert.
• Als Kommutierungssensoren werden in der Regel optische Abtastelemente (Lichtschranken) oder Hall sensoren verwendet, deren Signale über eine Ansteuerl.ogik und eine Verstärkerschaltung einen Spulenstrom in den Wicklungen erzeugen.
• Insbesondere bei Stellantrieben, bei denen diese Motoren zum Einsatz gelangen, wird eine hohe Zuverlässigkeit gefordert, vor allem, wenn eine Last an der Motorwelle angreift und ein Ausfall des Motors zu unkontrollierten Stellbewegungen führen würde. Eine Schwachstelle des Motors sind bekan-nterweise die Sensoren bzw. deren Signale.
• Letztere können durch äußere Einflüsse gestört werden oder durch Ausfall des Sensors undefinierte Schaltzustände annehmen.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung zu schaffen, die Störungen in den Sensorsignalen erkennt und fehlerhafte Bewegungen des Motors verhindert.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Überwachungsschaltung vorgesehen ist, der die von den Sensoren erzeugten Signale zugeführt werden und die aufgrund einer Verknüpfung der Sensorsignale den Ausfall wenigstens eines Sensors feststellt und ein Fehlersignal erzeugt, das insbesondere den Motor blockiert.
• In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, auch die Drehbewegung des Motors zu überprüfen. Damit wird es möglich, alle Komponenten des Motors aus der Bewegungserkennung auf ihre Funktion zu überwachen. Eine fehlerhafte Bewegung, bzw. Stillstand des Rotors trotz Ansteuerung, wird erkannt und setzt den Rotor fest. Zur eindeutigen Bestimmung der Bewegung wird durch eine Zeitverzögerungsschaltung weiterbildungsgemäß die Anlaufzeit des Motors überbrückt und durch ein Drehzahlschwellensignal bei zu geringer Drehzahl des Motors, die eine sichere Auswertung der Bewegung nicht zuläßt, die Prüfeinrichtung abgeschaltet.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild der Motoransteuerung eines kollektorlosen Gleichstrommotors, Fig. 2 eine Schaltung für die Überwachung der Geschwindigkeitssignale, Fig. 3 ein Impulsdiagram der Sensorsignale.
• Im Blockschaltbild Fig. 1 sind mit S1, S2, S3 die Signalleitungen der Sensorsignale bezeichnet. Die Signale der Geschwindigkeitssensoren werden über die Leitungen V1, V2 der Schaltung zugeführt.
• Die Sensorsignale gelangen über Komparatoren 1, 2, 3 zu einem Festwertspeicher (PROM) 6, dem weiterhin ein Drehrichtungs-istsignal - cw/ccw output - ein Stromregelsignal SR; das von einem Pulsweitenmodulator gebildet wird, ein Steuersignal cw/ccw input und ein Stop-Si gnal zugeführt wird. Das Drehrichtungsistsignal wird aus den beiden gegeneinander phasenverschobenen Geschwindigkeitssignalen V1, V2, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind, mittels eines den Komparatoren 4, 5 nachgeschalteten Richtungsdecoders 7 gewonnen. Aus den von den Komparatoren 4, 5 gebildeten Signalen wird über eine EXOR-Verknüpfung 8 ein Tachofrequenzsignal TF gebildet, das einem Frequenz-Spannungs-Wandler 9 zugeführt wird. Dessen Ausgangssignal erzeugt ein analoges Geschwindigkeitssignal w und über eine Komparatorschaltung 10 ein Signal wmin bei Unterschreitung einer festgelegten minimalen Drehzahl.
• Die dem Festwertspeicher 6 zugeführten Sensorsignale S1, S2, S3 sind in Fig. 3 dargestellt. Die Signale sind gegeneinander um 1200 phasenverschoben und erzeugen in Verbindung mit den weiteren dem Festwertspeicher 6 zugeführten Steuersignalen Schal tsi gnal e zur Ansteuerung der Motorspulen, auf den Ausgangsleitungen Spl-Sp6. Ein Ausfall beispielsweise des Sensors S3 führt dazu, daß dessen Signal auf einem lowPegel verharrt (in Fig. 3 durch die gestrichelte Linie dargestellt). Dieser Ausfall wird dadurch erkannt, daß während den Zeiten to - t1 uns t4 - t5 usw. alle Sensorsignale einen low-Pegel aufweisen, d.h. jede unzulässige Adresse führt zu einem Fehlersignal.
• Die Überwachung der Geschwindigkeitssensoren, die eine inkrementale Spur abtasten und die Signale V1, V2 erzeugen, wird durch die Fig. 2 dargestellt. Allgemein kann diese Schaltung dadurch beschrieben werden, daß mit den Signalen V1, V2 periodisch ein Reset-Signal für einen Zähler gewonnen wird, der von einem festen Takt angesteuert wird. Unterbleibt das Reset-Signal, kann der Zähler hochzählen und damit ein Fehlersignal auslösen.
• Da die Sensierung die Signalflanken der Signale Y1, V2 zur Auswertung benutzt, muß der Motor kurzzeitig drehen, um einen Fehler feststellen zu können. Da Fehler innerhalb einer Zeit von ca. 5 ms erfaßt werden, ein Anlauf des Motors aber erst nach einem Lösen der Motorbremse und einer dadurch bewirkten Verzögerung von ca. 15 ms erfolgt, wird die Erkennung eines Fehiers verzögert.
• Mittels eines Schieberegisters 11 wird das durch einen Fehler initiierte Stop-Signal um entsprechende Takte verzögert. Nach beispielsweise acht Taktzyklen wird das Stop-Signal wirksam. Bis zu diesem Zeitpunkt haben bei ordnungsgemäßer Funktion die Signale V1, V2 die Flip-Flop Schaltungen 12, 13 gesetzt.
• Bei sehr kleinen Drehzahlen des Motors werden, um Fehlerauslösungen zu vermeiden, die Zähler 14, 15 gesperrt.
• Dies erfolgt mit dem Signal wmin, dessen Erzeugung schon beschrieben wurde. Sowohl ein durch die Geschwindigkeitssensoren ausgelöstes Fehlersignal Ev, als auch das in Fig. 1 beschriebene Fehlersignal "Error", wird über eine "NOR"-Verknüpfung 16 einem bistabilen Schaltglied 17 zugeführt, dessen Ausgangssignal die Stop-Funktion des Motors bewirkt und das mittels eines Reset-Eingangs rückgesetzt werden kann.
• Nachfolgend wird Fig. 2 näher erläutert. Die Signale V1, V2 werden mit den Schaltgliedern 18, 19 differenziert und Signale Al, A2 erzeugt (Fig. 3). Diese Signale gelangen zu OR-Gliedern 20, 21, das Signal A2 weiterhin zu dem Takteingang des Flip-Flop-Schaltgliedes 13 und das Signal Al zu einem AND-Glied 22, dem auch das Q-Signal der Schaltung 13 zugeführt wird. Der Ausgang des AND-Gliedes 22 zeigt einen high-Puls wenn an den beiden Eingängen V1, V2 Signale anstehen. Dieses Ausgangssignal wird der Flip-Flop-Schaltung 12 über den Takteingang zugeführt, dessen Ausgangssignal Q bei richtiger Arbeitsweise der Sensoren einen low-Zustand einnimmt. und dem AND-Glied 23 zugeführt wird. Ein Stop-Signal wird über den Inverter 24 den Reset-Eingängen der Schaltungen 12, 13 und den OR-Gliedern 20, 21 zugeführt. Mittels diesem bzw. mittels den Signalen Al, A2 werden die Zähler 14, 15 zurückgesetzt, so daß diese im Normalfall keine Ausgangssignale erzeugen, welche über eine OR-Yerknüpfung 25 zusammengefaßt und mit einer weiteren OR-Verknüfung 26 mit dem Ausgangssignal des UND-Gliedes 23 verknüpft das Fehlersignal der V-Sensoren bilden. Das Stop-Signal wird direkt und über das Schieberegister 11 um 8 Takte verzögert dem AND-Glied 27 zugeführt, dessen Ausgangssignal nur in Verbindung mit einem high-Pegel des Q-Ausgangs der Schaltung 12 bei fehlerhaftem V-Signal ein Ausgangssignal an dem AND-Glied 23 erzeugt. Mittels des Signals amin, das durch das Schieberegister um vier Takte verzögert wird, werden die Zähler 14, 15 über die Eingänge CE bei zu geringer Drehzahl des Motors bzw. bei einer Drehzahl, die unter einer bestimmten Schwelle liegt, blockiert. Es sei noch erwähnt, daß die Taktfrequenz, die an den Schaltungen 11, 14, 15 anliegt, 400 Hz beträgt.
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Claims (5)

1. Patentansprüche 1. Kollektorloser Gleichstrommotor, enthaltend eine Kommutierungseinrichtung mit wenigstens zwei Sensoren zur Erzeugung von in einer bestimmten Phasenbeziehung aufeinanderfolgenden Ansteuersignalen für wenigstens zwei Motorwicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Uberwachungsschaltung vorgesehen ist, der die von den Sensoren erzeugten Signale zugeführt werden und die aufgrund einer Verknüpfung der Sensorsignale den Ausfall wenigstens eines Sensors feststellt und ein Fehlersignal erzeugt.
2. 2. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal bei gleichem logischen Zustand aller Signale erzeugt wird.
3. 3. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Geschwindigkeitssensor vorgesehen ist, dessen Signale einer Prüfeinrichtung zur Ermittlung der Rotorbewegung zugeführt werden.
4. 4. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitverzögerungsschaltung vorgesehen ist, die die Prüfeinrichtung mit einer bestimmten Verzögerungszeit nach Inbetriebnahme des Motors aktiviert.
5. 5. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Drezahl des Motors die unter einer bestimmten Schwelle liegt, die Prüfeinrichtung blockiert ist.