DE3641538C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erfassen der
Drehzahl eines Elektromotors mit Kommutierung nach dem
Oberbegriff des Hauptanspruches.
Es ist aus der DE-OS 23 43 648 bekannt, einen
Drehzahlsensor an einer Motorwelle anzukoppeln oder im
Bereich des Rotors anzuordnen, 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.
Es ist weiterhin aus der DE-GM 19 87 216 eine Einrichtung
zur Drehzahlregelung eines Elektromotors bekannt, wobei
eine Steuerscheibe mit Lochreihen vorgesehen ist, welche
geeignet ist, die Motordrehzahl in bestimmten festgelegten
Verhältnissen zu regeln. Mit dieser Anordnung ist jedoch
die Regelung des Motors nur auf bestimmte Solldrehzahlen
möglich. Eine Änderung der Motordrehzahl würde eine
Anpassung der Steuerscheibe erfordern. Eine Regelung des
Motors kontinuierlich über einen großen Drehzahlbereich ist
mit dieser Einrichtung nicht möglich.
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 das weitere
Drehzahlsignal von wenigstens einem Sensor der
Kommutierungseinrichtung des Motors gebildet wird und eine
Umschalteinrichtung vorgesehen ist, wobei die
Umschalteinrichtung die Signale einer jeweils bestimmten
Einrichtung innerhalb eines jeweils vorgegebenen
Drehzahlbereichs auswählt.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß einfache
Sensoren, die nur in einem engen Drehzahlbereich arbeiten,
eingesetzt werden können.
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.
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.
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
Schmitt-Triggerschaltung, 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
Ausgangssignal 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 weiteren 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 Signalablaufbereitungsschaltung
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
2 Flansch
3 Welle
4 Tachospur
5 Reflexionslichttaster
6 Signalgeberscheibe
7 Signalablaufbereitungsschaltung
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 (4)
1. Einrichtung zum Erfassen der Drehzahl eines
Elektromotors mit Kommutierung, insbesondere eines
bürstenlosen Gleichstrommotors, mit wenigstens zwei
Drehzahlsignale bildende Einrichtungen, wobei zur
Erzeugung eines ersten Drehzahlsignals ein
Inkrementalgeber vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das weitere Drehzahlsignal von wenigstens einem
Sensor (8, 9, 10) der Kommutierungseinrichtung des Motors
gebildet wird und eine Umschalteinrichtung (13)
vorgesehen ist, wobei die Umschalteinrichtung die
Signale einer jeweils bestimmten
Einrichtung (4-6, 8-10) innerhalb eines jeweils
vorgegebenen Drehzahlbereichs auswählt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kommutierungseinrichtung des Motors
drei Sensoren (8, 9, 10) zur Erfassung der Winkellage
eines Rotors aufweist, und die Signale der Sensoren zur
Bildung eines Signals zur Bestimmung der Drehzahl
verknüpft werden.
3. 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.
4. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Drehzahlsignal am Ausgang der Umschalteinrichtung (13) 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.
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