DE3641538A1 - Einrichtung zum erfassen der drehzahl eines buerstenlosen gleichstrommotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erfassen der Drehzahl insbesondere eines bürstenlosen Gleichstrommotors, mit einem Drehzahlsensor.

Es ist bekannt einen Drehzahlsensor an einer Motorwelle anzukoppeln, um die Drehzahl, beispielsweise für eine Drehzahlregelung, zu erfassen. Hierzu werden bekannte Drehzahlgebersysteme, wie beispielsweise Gleichstromtacho oder Digitaltacho die im Durchlichtverfahren mit einer Gitterblende arbeiten, angewendet. Soll die Drehzahl des Motors von Null bis zur maximalen Drehzahl mit hoher Genauigkeit erfaßt werden, so sind wegen der großen Bandbreite der Drehzahl sehr aufwendige und kostenintensive Sensoren erforderlich. Außerdem benötigen diese Sensoren relativ viel Anbauraum, d.h. der Motor wird länger und die Ankopplung des Sensors an die Motorwelle erfordert spezielle Koppelelemente.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Erfassen der Drehzahl zu schaffen, die über den gesamten Drehzahlbereich des Motors wirksam ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß wenigstens ein weiterer Drehzahlsensor und eine Umschalteinrichtung vorgesehen ist, wobei diese die Signale eines jeweils bestimmten Sensors innerhalb eines jeweils bestimmten Drehzahlbereichs auswählt.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß einfache Sensoren, die nur in einem engen Drehzahlbereich arbeiten, eingesetzt werden können. Beispielsweise kann für den niederen Drehzahlbereich des Motors eine hochauflösende Reflexlichtschranke zum Einsatz gelangen. Da deren Signalfrequenz jedoch begrenzt ist, wird ab einer bestimmten Drehzahl mit der Umschalteinrichtung eine Umschaltung vorgenommen, d.h. ab diesem Zeitpunkt wird das Signal des weiteren Sensors zur Drehzahlbestimmung des Motors herangezogen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, zwei Inkrementalgeber als Drehzahlsensoren zu verwenden, wobei ein erster Inkrementalgeber mit hoher Auflösung und ein zweiter bzw. ein weiterer Inkrementalgeber mit geringer Auflösung verwendet wird. Die Umschalteinrichtung schaltet in diesem Fall zwischen den beiden Inkrementalgebern um, wenn eine Grenzdrehzahl zwischen den beiden Drehzahlbereichen erreicht ist.

Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, mehrere Drehzahlbereiche, denen jeweils ein bestimmter Sensor zugeordnet ist, zu bestimmen. Es hat sich jedoch als zweckmäßig und ausreichend erwiesen, auch bei Hochgeschwindigkeitsantrieben mit zwei Drehzahlsensoren zu arbeiten.

Bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor mit elektronischer Kommutierung besteht die Möglichkeit, die Kommutierungssignale der Lagegeber zur Bestimmung der Drehzahl in einem oberen Drehzahlbereich, d.h. bei höheren Drehzahlen zu verwenden. Dabei besteht die Möglichkeit, nur das Signal eines einzigen Lagegebers zu ermitteln oder auch die Signale aller Lagegeber zu verknüpfen und daraus das Drehzahlsignal zu bilden.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, den Inkrementalgeber derart auszugestalten, daß an der Umfangsfläche des Rotors ein Strichmuster aufgebracht wird und mit einem optoelektronischen Sensor beispielsweise einem Reflexionslichttaster oder einer Einweglichtschranke dieses Strichmuster abgetastet wird. Mit einem solchen Sensor kann die Drehzahl mit sehr hoher Genauigkeit und sehr hoher Auflösung in einem niederen Drehzahlbereich erfaßt werden.

Die über die Sensoren ermittelte Drehzahl wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zur Regelung des Motors einer Vergleichseinrichtung zugeführt und ein Soll- Ist - Vergleich gebildet, wobei die Solldrehzahl als eine bestimmte oder variable Größe vorgegeben ist. Ein von der Vergleichseinrichtung gebildetes Differenzsignal wird zur Regelung der Drehzahl des Motors innerhalb des gesamten Drehzahlbereichs angewendet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Gleichstrommotor mit Tachospur,

Fig. 2 eine Schaltung zur Drehzahlregelung.

Fig. 1 zeigt einen Motor, bei dem eine Tachospur am äußeren Umfang des Rotors angeordnet ist. Der Motor hat eine Außenläuferbauform mit einem Rotor 1 an dem eine Antriebswelle 3 befestigt ist. Statorseitig ist der Motor an einem Flansch 2 befestigt. Am Umfang des Rotors 1 ist eine Tachospur 4 mit Hell-Dunkel-Feldern aufgebracht. Diese wird von einem Reflexionslichttaster 5 abgetastet und somit ein drehzahlabhängiges Frequenzsignal gebildet. Die Tachospur 4 besteht beispielsweise aus einer Alufolie, die im Siebdruckverfahren hergestellt worden ist und welche auf die Umfangsfläche des Rotors aufgeklebt wird. Der Reflexionslichttaster 5 arbeitet im IR-Bereich, so daß Störungen durch Fremdlicht vermieden werden. Das Ausgangssignal des Reflexionslichttasters ist somit eine drehzahlproportionale Frequenz mit sehr hoher Auflösung. Bei höheren Drehzahlen besteht bei einem Reflexionslichttaster die Gefahr, daß dessen maximale Schaltfrequenz überschritten wird und deshalb dessen Ausgangssignal zur Bestimmung der Drehzahl nicht mehr geeignet ist. Um jedoch auch bei höheren Drehzahlen des Motors eine Drehzahlregelung zu ermöglichen, werden ab einer bestimmten Grenzdrehzahl die Signale eines oder mehrerer Kommutierungssensoren, die zur Motorkommutierung dienen, zur Drehzahlbestimmung ausgewertet.

Fig. 2 zeigt eine Schaltung, bei der über den gesamten Drehzahlbereich des Motors eine zuverlässige Erfassung der Drehzahl möglich ist. Die Tachospur 4 ist hier auf einer, am Rotor des nicht dargestellten Motors, angeordneten Signalgeberscheibe 6 aufgebracht und wird von dem Reflexionslichttaster 5 abgetastet. Dessen Signal wird einer Signalaufbereitungsschaltung 7, beispielsweise einer Schmittriggerschaltung, zugeführt.

Die bei bürstenlosen Gleichstrommotoren bekannten Lagegeber 8, 9, 10 für die Steuerung der elektronischen Kommutierung sind Sensoren, wie z.B. Hallschalter, die im Bereich der Kommutierungsblende 6 derart angeordnet sind, daß aus der Verknüpfung ihrer Signale eine Information über die Winkellage des Rotors gebildet wird. Diese Signale werden in bekannter Weise einer Leistungssteuerung 11 zugeführt, mit welcher die Ströme der hier nicht dargestellten Wicklungen des Motors gesteuert werden. Die Signale der Lagegeber 8, 9, 10 werden in diesem Ausführungsbeispiel außerdem einer Verknüpfungs- und Signalaufbereitungslogik 12 zugeführt, die aus diesen drei Signalen ein drehzahlabhängiges Frequenzsignal bildet. Das Aussgangssignal dieser Verknüpfungs- und Signalaufbereitungslogik 12 und das Ausgangssignal der Signalaufbereitungsschaltung 7 werden einer Umschalteinrichtung zugeführt, welche die Aufgabe hat, entsprechend dem Drehzahlbereich, in dem sich der Motor jeweils befindet eines der beiden zugeführten Signale an eine nachfolgende Schaltung durchzuschalten. Die Umschalteinrichtung 13 besteht beispielsweise aus zwei UND- Gliedern 23, 24, denen jeweils ein Drehzahlsignal zugeführt wird, die Ausgänge der UND-Glieder 23, 24 sind über eine ODER-Schaltung 25 auf eine gemeinsame Ausgangsleitung geführt. Die weitern Eingänge der UND-Glieder sind direkt bzw. negiert von einem Steuersignal beaufschlagt, wobei das Steuersignal beispielsweise aus einem drehzahlproportionalen Spannungssignal, unter Zwischenschaltung eines Komparators 26 gebildet wird. Selbstverständlich gibt es eine Vielzahl weiterer Möglichkeiten eine Umschaltung der Drehzahlsignale vorzunehmen, die Erfindung ist deshalb nicht auf die Anwendung der gezeigten Logikbausteine beschränkt.

Das am Ausgang der Umschalteinrichtung 13 anstehende Drehzahlsignal 15 wird einem Drehzahlspannungswandler 16 zugeführt, der ein drehzahlproportionales Spannungssignal bildet. Dieses wird über den Knotenpunkt 17 mit einem Drehzahl-Sollsignal bzw. einem diesem Drehzahl-Sollsignal proportionalen Spannungssignal verglichen und ein Differenzsignal 20 gebildet. Das Differenzsignal 20 wird über einen PI-Regler 21 und dessen Ausgangssignal als Strom-Sollwert einem unterlagerten Stromregelkreis 22 zugeführt, welcher das Steuersignal für die Leistungssteuerung 11 erzeugt.

• Bezugszeichenliste  1 Rotor
   2 Flansch
   3 Welle
   4 Tachospur
   5 Reflexionslichttaster
   6 Signalgeberscheibe
   7 Signalablaufberichtungsschaltung
   8 Lagegeber
   9 Lagegeber
  10 Lagegeber
  11 Leistungssteuerung
  12 Verknüpfungs- und Signalaufbereitungslogik
  13 Umschalteinrichtung
  14 Steuersignal
  15 Drehzahlsignal
  16 Drehzahl-Spannungswandler
  17 Knotenpunkt
  18 Drehzahlsollsignal
  19 Drehzahlspannungswandler
  20 Differenzsignal
  21 PI-Regler
  22 Stromregelkreis
  23 UND-Glied
  24 UND-Glied
  25 ODER-Glied
  26 Komparator

Claims (6)

1. Einrichtung zum Erfassen der Drehzahl insbesondere eines bürstenlosen Gleichstrommotors, mit einem Drehzahlsensor, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein weiterer Drehzahlsensor (8, 9, 10) und eine Umschalteinrichtung (13) vorgesehen ist, wobei die Umschalteinrichtung die Signale eines jeweils bestimmten Sensors (8, 9, 10) innerhalb eines jeweils vorgegebenen Drehzahlbereichs auswählt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Drehzahlsensor ein Inkrementalgeber (4, 5) mit hoher Auflösung, und ein weiterer Drehzahlsensor ein Inkrementalgeber mit geringerer Auflösung ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Drehzahlsignal von einem Inkrementalgeber (4, 5) und ein weiteres Drehzahlsignal von einem Sensor (8, 9, 10) der Kommutierungseinrichtung des Motors gebildet wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommutierungseinrichtung des Motors insbesondere drei Sensoren zur Erfassung der Winkellage eines Rotors aufweist, und die Signale der Sensoren zur Bildung eines Signals zur Bestimmung der Drehzahl verknüpft werden.

5. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Inkrementalgeber (4, 5) aus einem, an einer Rotorumfangsfläche angeordneten Strichraster (4) und einem das Strichraster abtastenden optoelektronischen Sensor (5) besteht.

6. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehzahlsignal einer Drehzahlregeleinrichtung zugeführt wird, wobei eine Vergleichseinrichtung (17) vorgesehen ist die anhand einer Soll-Drehzahl (18) und des Drehzahlsignals (15) ein Differenzsignal (20) bildet und ein unterlagerter Regelkreis (22) vorgesehen ist, dem dieses Differenzsignal zum Abgleich der Motordrehzahl zugeführt wird.