DE4215812A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Motorregelung mittels Hall-Sensor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des ersten Sachanspruchs.

Es ist bekannt, mehrsträngige Motoren derart anzusteuern, daß jeder Strang in vorgegebenen Zeiträumen, die abhängig sind von der Position des Motors, angesteuert, beispielsweise bestromt wird. Eine Motor-Ansteuerstufe, die die Motor-Ansteu­ ersignale für den Motor erzeugt, wird von einer Regelstufe angesteuert, die von einem Sensor, der beispielsweise als optischer oder magnetischer Sensor ausgebildet ist, Signale erhält, die ein Maß sind für die Drehposition und/oder Drehge­ schwindigkeit des Motors.

Ist der Sensor als Hall-Sensor ausgebildet, so erfolgt die Erzeugung von Regelsignalen zur Ansteuerung der Motor-Ansteu­ erstufe üblicherweise dadurch, daß Sensor-Signale von drei Hall-Sensoren einer Logikstufe zugeführt werden.

Hall-Sensoren sind für die Motorregelung allgemein bekannte Bauelemente. Durch ein erstes Paar von Anschlüssen wird ein Strom eingeprägt und an einem zweiten Paar von Anschlüssen können Meßsignale abgegriffen werden, die zueinander um 180 Grad phasenverschoben sind.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motoran­ steuerung und -regelung der genannten Art derart weiterzuent­ wickeln, daß die Anzahl der benötigten Hall-Sensoren verrin­ gert wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß dem ersten Sachanspruch.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß werden die Sensorsignale eines einzigen Hall­ sensors, auch MRH genannt, die üblicherweise um 180 Grad phasenverschoben sind, wie folgt aufbereitet und anschließend mittels einer Logik-Stufe ausgewertet.

Erste Vergleichsmittel, denen die beiden Sensorsignale zugeführt werden, bilden eine Differenz aus beiden Signalen und erzeugen ein Ausgangssignal eines ersten Wertes, bei­ spielsweise logisch "high", wenn diese Differenz einen positi­ ven Wert aufweist. In den Fällen, in denen die Differenz einen negativen Wert aufweist, wird ein Ausgangssignal mit einem zweiten Wert, beispielsweise logisch "low" erzeugt.

Zweite Vergleichsmittel erhalten eines der beiden Sensorsigna­ le um einen ersten vorgegebenen Differenzwert potential- und/oder phasenverschoben gegenüber dem anderen Sensorsignal. Diese beiden gegeneinander verschobenen Signale werden durch die zweiten Vergleichsmittel in ähnlicher Weise verarbeitet, wie die nicht zueinander verschobenen Signale durch die er­ sten Vergleichsmittel.

Dritte Vergleichsmittel erhalten ebenfalls eines der beiden Sensorsignale um einen zweiten Differenzwert potential- und/oder phasenverschoben gegenüber dem anderen Sensorsignal. Diese beiden gegeneinander verschobenen Signale werden durch die dritten Vergleichsmittel in ähnlicher Weise verarbeitet, wie die nicht zueinander verschobenen Signale durch die er­ sten Vergleichsmittel.

Die von den Vergleichsmitteln erzeugten Ausgangssignale wer­ den einer Logikstufe zugeführt, die Ansteuersignale für eine Motor-Ansteuerstufe erzeugt, die einen Elektromotor bestromt.

Die vorliegende Erfindung hat durch Verwendung eines einzigen Hallsensors anstelle von mehreren Hallsensoren die Vorteile, daß deren aufwendige Positionierung während eines Fertigungs­ prozesses oder Reparaturfalles stark reduziert werden kann. Weiterhin kann die Anzahl von erforderlichen Anschlüssen bei einer Signalaufbereitungs- und Auswertestufe reduziert wer­ den. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn diese Stufe als integrierte Schaltung (IC) realisiert ist.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden in den folgenden Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung;

Fig. 2 Diagramme von Steuersignalen des Ausführungsbei spiels nach Fig. 1.

Bevor auf die Beschreibung der Ausführungsbeispiele näher eingegangen wird, sei darauf hingewiesen, daß die in den Figuren einzeln dargestellten Blöcke lediglich zum besseren Verständnis der Erfindung dienen. Üblicherweise sind einzelne oder mehrere dieser Blöcke zu Einheiten zusammengefaßt. Diese können in integrierter oder Hybridtechnik bzw. als programmge­ steuerter Mikrorechner oder als Teil seines eines zu seiner Steuerung geeigneten Programmes realisiert sein.

Die in den einzelnen Stufen enthaltenen Elemente können je­ doch auch getrennt ausgeführt werden.

Fig. 1 zeigt einen mehrsträngigen Motor 10, dessen Stränge von einer Motor-Ansteuerstufe 11 durch Ansteuersignale A1, A2, A3 bestromt werden. Die Drehposition p und die Drehzahl n des Motors 10 werden durch einen Hallsensor 12 erfaßt, und zwei Sensorsignale S1 und S2 werden an eine Regelstufe 13 weitergeleitet. Hier wurden nur die Sensoranschlüsse des Sensors 12 dargestellt. Die Anschlüsse, über die ein Strom eingeprägt wird, wurden der Übersichtlichkeit nicht darge­ stellt.

Das Signal S1 wird über einen Widerstand 14 dem positiven, d. h. nicht-invertierenden, Eingang eines ersten Komparators 15 zugeführt. Das Signal S2 wird über einen Widerstand 16 dem invertierenden Eingang des Kompararors 15 zugeführt, über dessen Ausgangssignal das Signal K1 zu dem ersten Eingang 17a einer Logigstufe 17 geführt wird.

Weiterhin wird das Signal S1 über entsprechende Widerstände 18 bzw. 19 dem invertiernden Eingang eines zweiten Kompara­ tors 20 und dem positiven Eingang eines dritten Komparators 21 zugeführt. Entsprechend wird das Signal S2 über Widerstän­ de 22, 23 dem positiven Eingang des zweiten Komparators 20 und dem invertierenden Eingang des Komparators 21 zugeführt.

Über die Ausgänge der Komparatoren 20, 21 werden Komparator­ ausgangssignale K2 bzw. K3 zu einem zweiten Eingang 17b bzw. zu einem dritten Eingang 17c der Logik-Stufe 17 geführt.

Zusätzlich ist der positive Eingang des zweiten Komparators 20 verbunden mit einem ersten Ausgang 24a eines Stromspiegels 24 und der positive Eingang des Komparators 21 ist verbunden mit einem zweiten Ausgang 24b des Stromspiegels 24. Der Strom­ spiegel 24 wird über seinen Eingang 24c in diesem Ausführungs­ beispiel dadurch gesteuert, daß ein Eingangsstrom mittels eines variablen Widerstands 25, hier bestehend aus den Einzel­ widerständen 25a und 25b, eingestellt wird.

Die Ausgänge der Logik-Stufe 17 führen zu der Motoransteuer­ stufe 11, die den Motor 10 ansteuert.

Die in Fig. 1 angegebenen Werte zur Bauelement-Charakterisie­ rung, wie Widerstands- und Stromwerte wurden bei einer bevor­ zugten Ausführungsform des Ausführungsbeispiels verwendet, bzw. gemessen.

Die Funktion der Vorrichtung nach Fig. 1 wird im folgenden mit Hilfe der Fig. 2 beschrieben.

Fig. 2a zeigt die Verläufe der Sensorsignale S1 und S2 an den Eingängen des ersten Komparators 15. Man erkennt deutlich, daß die Amplituden dieser beiden Signale um 180 Grad phasen­ verschoben sind und um einen gemeinsamen Mittelwert M oszil­ lieren, der bei der bevorzugten Ausführungsform der Fig. 1 bei ca. 2,5 Volt liegt. Das erste Komparatorausgangssignal K1 ist im unteren Teil der Fig. 2a dargestellt.

Durch den Komparator 15 werden die beiden Signale S1, S2 zunächst subtrahiert, d. h. es wird die Differenz

S1 - S2

gebildet und außerdem wird bei einem positiven Wert dieser Differenz ein K1 Signal erzeugt, das "high" ist. Bei einem negativen Wert der Differenz wird K1 "low".

Fig. 2b zeigt die Signalverläufe von S1, S2 an den Eingängen des zweiten Komparators 20. Das Signal S1 schwingt wiederum symmetrisch um den Mittelwert M. Durch den Strom der durch den Stromspiegel 24 eingeprägt wird, oszilliert das Signal S2 hingegen am positiven Eingang des Komparators 20 um einen zweiten Mittelwert M′, welcher um einen ersten Differenzwert D1 gegenüber M verschoben ist. Das heißt

D1 = M - M′.

Durch die Verschiebung der beiden Signale um den Wert D1 gegeneinander, wird das Komparatorausgangssignal K2 erzeugt, wie ebenfalls in Fig. 2b dargestellt.

Durch die Verbindung des Stromspiegels 24 mit dem positiven Eingang des Komparators 21 wird hier eine Verschiebung des ersten Sensorsignales S1 bewirkt, was zu dem Komparatoraus­ gangssignal K3 führt, wie in Fig. 2c dargestellt. Die Signale S1, S2 sind bei dem Komparator 21 um einen Wert D2, mit

D2 = M - M′′

zueinander verschoben. Die Werte für D1 und D2 können gleich sein, wie in der bevorzugten Ausführung des beschriebenen Ausführungsbeispieles, oder aber verschieden, wenn an den Eingängen der Komparatoren Ströme verschiedener Werte einge­ prägt werden.

Durch die Logik-Stufe 17 werden Ansteuersignale für die Mo­ tor-Ansteuerstufe 11 erzeugt. Diese erzeugt daraufhin Motor- Ansteuersignale A1, A2, A3 mit einem an sich bekannten Ver­ lauf, wie er beispielsweise in der älteren Anmeldung P 41 07 373.8 ausführlich beschrieben wurde.

Verwiesen sei an dieser Stelle ausdrücklich auf Patentanmel­ dungen derselben Anmelderin mit den internen Aktenzeichen ("Zeichen des Anmelders") D92/087, D92/092 und D92/094, die heute ebenfalls beim Deutschen Patentamt eingereicht wurden. Die dort genannten Merkmale können mit der vorliegenden Erfin­ duno kombiniert werden.

Weitere Versionen der genannten Ausführungsbeispiele können zumindest einzelne der folgenden Variationen aufweisen:

• - Die Motor-Ansteuerstufe 11′ zur Ansteuerung mehrerer Motoren kann durch eine stabilisierte oder unstabilisie­ rte Versorgungsspannung versorgt werden;
• - der Motor kann geregelt werden, indem die Amplituden der Ansteuersignale verändert werden oder indem pulsmodulier­ te Verfahren, z. B. PWM, verwendet werden;
• - bei Verwendung von pulsmodulierten Verfahren kann die entsprechende Chopper-Frequenz synchronisiert werden in Abhängigkeit von einer verwendeten Motortaktfrequenz. Die Chopper-Frequenz kann in der Größenordnung der Motor­ taktfrequenz liegen;
• - es kann eine Umschaltung vorgesehen sein abhängig davon, ob ein in der Logik-Stufe 17 verwendeter Mikroprozessor pulsmodulierte Signale abgibt oder nicht.

Claims (3)

1. Verfahren zur Regelung der Drehzahl und/oder Position von einem oder mehreren Elektromotoren mittels eines Hallsensors, dadurch gekennzeichnet, daß Signale des Hallsensors in verschiedener Weise zueinander potential und/oder phasenverschoben werden und unterschiedliche Kombinationen dieser Verschiebungen miteinander vergli­ chen werden, wodurch Ansteuersignale für eine Motoran­ steuerung bestimmt werden.

2. Vorrichtung zur Regelung der Drehzahl und/oder Position von einem oder mehreren Elektromotoren (10) mittels eines Hallsensors, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die Signale des Hallsensors in verschie­ dener Weise zueinander potential und/oder phasenverschie­ ben und unterschiedliche Kombinationen dieser Verschie­ bungen miteinander vergleichen, wodurch Ansteuersignale für eine Motoransteuerung bestimmt werden.

3. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder der Vor­ richtung nach Anspruch 2 in einem Videorekorder.