DE3543047A1 - DC motor without a commutator - Google Patents
DC motor without a commutatorInfo
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- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem kollektorlosen Gleichstrommotor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Ein solcher Motor ist bekannt (DE-PS 29 00 547).The invention is based on a collectorless DC motor the genus of the main claim. Such a motor is known (DE-PS 29 00 547).
Bei einem solchen bekannten Motor wird über Positions-Sensoren die Stellung des Rotors abgegriffen und dann über eine Schaltlogik und eine Treiberschaltung die einzelnen Motorspulen sequentiell angesteuert. Die Drehzahl wird mit einer Spannungsregelung auf einen Sollwert eingestellt. Soll ein solcher Motor beispielsweise für einen Stellantrieb Verwendung finden, dann ist ein großer Dynamikbereich notwendig, d. h. zur genauen Einstellung einer Sollposition muß die Drehzahl kontinuierlich bis Null abgesenkt werden. Zum schnellen Verstellen ist eine möglichst hohe Drehzahl notwendig. Hierfür ist die alleinige Spannungsregelung nicht mehr geeignet, da das Motormoment möglichst über den gesamten Drehzahlbereich konstant gehalten werden muß.In such a known motor, the position sensors Position of the rotor tapped and then via a switching logic and a driver circuit sequentially the individual motor coils controlled. The speed is controlled by a voltage regulator Setpoint set. If such a motor is intended for example for one Actuator is used, then there is a large dynamic range necessary, d. H. for the exact setting of a target position, the Speed can be continuously reduced to zero. For quick Adjustment requires the highest possible speed. For this is the sole voltage control is no longer suitable because the engine torque if possible kept constant over the entire speed range must become.
Es hat sich aber auch gezeigt, daß Schrittmotoren für einen Stellantrieb nur bedingt einsetzbar sind, da sie bei Beschleunigung und Verzögerung sehr stark lastabhängig arbeiten und dann die eingegebenen Schrittimpulse keine zuverlässige Aussage über die Rotorposition zulassen. Möglich ist hier zwar die Beschleunigung und Verzögerung anhand einer Führgröße; dies erfordert jedoch einen erhöhten Elektronikaufwand.But it has also been shown that stepper motors for one Actuator can only be used to a limited extent as they accelerate and deceleration work very heavily depending on the load and then the entered Step impulses no reliable information about the rotor position allow. Acceleration and deceleration are possible here based on a guide size; however, this requires an increased expenditure on electronics.
Der kollektorlose Gleichstrommotor mit den kennzeichnende Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß mit wenig Aufwand eine Positionsregelung durchführbar ist. Die beschriebene Schaltung mit der Steuerung der Ansteuersignale über Taktimpulse erfüllt zwei Bedingungen:The collectorless DC motor with the characteristic features The main claim has the advantage that with little effort a position control can be carried out. The circuit described with the control of the control signals via clock pulses fulfills two Conditions:
Bei sehr hochfrequenten Taktimpulsen, d. h., die Frequenz beträgt ein Vielfaches der Frequenz der Ansteuersignale, arbeitet der Motor wie ein Gleichstrommotor.With very high frequency clock pulses, i. that is, the frequency is one Multiple of the frequency of the control signals, the motor works like a DC motor.
Bei einer Taktfrequenz, die niedriger als die Frequenz der Ansteuersignale ist, arbeitet der Motor in der Art eines Schrittmotors. Hier wird der Motor bei jedem Taktimpuls um einen Schritt weitergedreht. Die Schrittgröße ist dabei durch die Anzahl der Polpaare definiert und beträgt beispielsweise bei einem zweipolpaarigen Motor 90° mechanisch.At a clock frequency that is lower than the frequency of the control signals the motor works like a stepper motor. Here the motor is turned one step further with every clock pulse. The step size is defined by the number of pole pairs and is, for example in a two-pole motor, 90 ° mechanically.
Es ist weiter von Vorteil, die Schaltlogik zusätzlich über ein Drehmomentrichtungssignal zu beeinflussen. Damit ist eine sehr einfache Umkehr des Drehmomentes möglich.It is also advantageous to additionally switch the switching logic via a torque direction signal to influence. This is a very simple one Reversal of the torque possible.
Schließlich ist es vorteilhaft, die Istposition des Motors mittels eines Zählers zu erfassen. Damit läßt sich eine Positionsregelung mit einem SollIst-Vergleicher durchführen. Somit wird der Gleichstrommotor zu einem Stell-motor mit hoher Positioniergenauigkeit. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und aus den Unteransprüchen. Finally, it is advantageous to use the actual position of the motor of a counter. A position control can thus be used a target-actual comparator. Thus the DC motor to a servomotor with high positioning accuracy. Additional advantages the invention result from the description and from the Subclaims.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 den Schaltungsaufbau in Blockdarstellung, Fig. 1 shows the circuit configuration in block form,
Fig. 2 ein Impulsdiagramm mit hochfrequenten Taktimpulsen, Fig. 2 is a timing diagram showing the high frequency clock pulses,
Fig. 3 ein Impulsdiagramm mit niederfrequenten Taktimpulsen. Fig. 3 is a timing diagram with low-frequency clock pulses.
Das in Fig. 1 bezeichnete Blockschaltbild zeigt einen zweiphasigen Motor 1. Eine an den Motor gekoppelte Sensoreinrichtung 2 erzeugt zwei Signale ϕ 1, ϕ 2, aus denen in einer Schaltlogik 3 vier Ansteuersignale gebildet werden. Die Verknüpfung der Sensorsignale zur Bildung der Ansteuersignale wird in bekannter Weise durchgeführt und ist beispielsweise in der DE-PS 29 00 547 dargestellt.The block diagram shown in FIG. 1 shows a two-phase motor 1 . A sensor device 2 coupled to the motor generates two signals ϕ 1 , ϕ 2 , from which four control signals are formed in a switching logic 3 . The linking of the sensor signals to form the control signals is carried out in a known manner and is shown for example in DE-PS 29 00 547.
Der Schaltlogik 3 wird außerdem ein Drehmomentrichtungssignal M R/L zugeführt. die Sensorsignale ϕ 1, ϕ 2 werden über die Signalleitung L/R (Drehrichtungssignal) und Step (Sensorsimpulse) einem Zähler 4 zugeführt, der damit ein Positionssignal erzeugt. Dieses Positionssignal wird über eine Positionsausgabe 5, beispielsweise an eine hier nicht dargestellte Istwertanzeige, übertragen. Die mittels der Schaltlogik 3 gebildeten Ansteuersignale Φ 1-4 werden einem Zwischenspeicher 6 zugeführt, der synchron zu einem Taktimpuls diese Signale α 1-4 an die Leistungstransistoren (Block 7) überträgt. Die von den Leistungstransistoren gebildeten Ansteuerströme gelangen über die Leitungen 8 zu den hier nicht dargestellten Motorspulen.The switching logic 3 is also supplied with a torque direction signal M R / L. The sensor signals ϕ 1 , ϕ 2 are fed via the signal line L / R (direction of rotation signal) and step (sensor pulses) to a counter 4 , which thus generates a position signal. This position signal is transmitted via a position output 5 , for example to an actual value display, not shown here. The control signals Φ 1-4 formed by the switching logic 3 are fed to a buffer memory 6 , which transmits these signals α 1-4 to the power transistors (block 7 ) in synchronism with a clock pulse. The drive currents formed by the power transistors reach the motor coils (not shown here) via lines 8 .
Die Funktionsweise des Zwischenspeichers 6 wird nachfolgend anhand der Fig. 2 und 3 erläutert. Fig. 2 zeigt die Signalbildung bei hoher Frequenz des Taktimpulses, während Fig. 3 die Signalbildung bei geringer Taktimpulsfrequenz zeigt. The operation of the buffer 6 is explained below with reference to FIGS. 2 and 3. Fig. 2 shows the signal formation at a high frequency of the clock pulse, while Fig. 3 shows the signal formation at a low clock pulse frequency.
Prinzipiell arbeitet der Zwischenspeicher 6 so, daß jeder Taktimpuls die anliegenden Ansteuersignale Φ 1-4 in die Ausgangssignale ohne Umformung überträgt. Wie in Fig. 2 dargestellt, hat der Taktimpuls die 50-100-fache Frequenz der Ansteuersignale Φ 1-4. Dadurch beträgt die Verzögerungszeit T d zwischen Ansteuersignale und Ausgangssignale nur ca. 1-2% der Ansteuerphase und hat somit praktisch keinen Einfluß auf die Ausgangssignale.In principle, the buffer memory 6 works in such a way that each clock pulse transmits the drive signals Φ 1-4 present in the output signals without conversion. As shown in Fig. 2, the clock pulse has 50-100 times the frequency of the drive signals Φ 1-4 . As a result, the delay time T d between control signals and output signals is only approx. 1-2% of the control phase and thus has practically no influence on the output signals.
In diesem Fall arbeitet der Motor als normaler Gleichstrommotor und erfüllt damit die Forderung, eine schnelle Drehbewegung bis in die Nähe einer Sollposition auszuführen. Wird diese Nähe zur Sollposition erreicht, oder hat der Motor nur einen geringen Drehwinkel zurückzulegen, dann wird die Frequenz der Taktimpulse nach Fig. 3 eingestellt. Zur besseren Darstellung wurde hier die Zeitachse gestaucht, die Zeitspanne t 1-t 2 entspricht der in Fig. 2 gezeigten Zeit zwischen den Punkten t 1, t 2. Die an dem Zwischenspeicher 6 anliegenden Ansteuersignale Φ 1-4 werden bei einer Aufflanke des Taktsignals T J zum Zeitpunkt t 1 an den Ausgang durchgeschaltet. Damit schaltet der Motor um eine Phase weiter. Die Sensoren erkennen diese Drehbewegung, die Verknüpfung der Sensorsignale ϕ 1, d 2 mittels der Schaltlogik 3 bildet zum Zeitpunkt t 2 die dargestellten Ansteuersignale Φ 1-4. Diese Ansteuersignale werden erst wieder bei einer Aufflanke des Taktsignals T J durchgeschaltet, d. h. zum Zeitpunkt t 3, worauf der Motor wieder einen Schritt weitergedreht wird. Es wird ersichtlich, daß der Schrittwinkel des Motors in dieser Betriebsart von der Anzahl der Motorphasen abhängt und somit beliebig gewählt werden kann.In this case, the motor works as a normal DC motor and thus fulfills the requirement to carry out a rapid rotary movement close to a target position. If this proximity to the target position is reached, or if the motor has to travel only a small angle of rotation, then the frequency of the clock pulses according to FIG. 3 is set. For a better representation, the time axis has been compressed here, the time span t 1 - t 2 corresponds to the time shown in FIG. 2 between the points t 1 , t 2 . The control signals Φ 1-4 present at the buffer memory 6 are switched through to the output at a time on the clock signal T J at time t 1 . The motor switches one phase. The sensors recognize this rotary movement, the combination of the sensor signals ϕ 1 , d 2 by means of the switching logic 3 forms the control signals Φ 1-4 shown at the time t 2 . These control signals are only switched through again on a rising edge of the clock signal T J , ie at time t 3 , whereupon the motor is turned one step further. It can be seen that the step angle of the motor in this operating mode depends on the number of motor phases and can therefore be chosen as desired.
Ebenso kann die Motorgeschwindigkeit im Taktbetrieb beliebig eingestellt werden, beispielsweise kann mit einer sich verringernden Taktfrequenz der Motor ein Stellglied mit definierter Verzögerung an eine Sollposition heran-führen.Likewise, the engine speed in cyclical operation can be arbitrary can be set, for example, with a decreasing Clock frequency of the motor an actuator with a defined delay bring a target position.
Claims (5)
Priority Applications (1)
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DE19853543047 DE3543047A1 (en) | 1985-12-05 | 1985-12-05 | DC motor without a commutator |
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Publications (1)
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DE3543047A1 true DE3543047A1 (en) | 1987-06-11 |
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ID=6287734
Family Applications (1)
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DE19853543047 Withdrawn DE3543047A1 (en) | 1985-12-05 | 1985-12-05 | DC motor without a commutator |
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DE (1) | DE3543047A1 (en) |
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