DE4327033A1 - Antriebs- und Steuervorrichtung für mindestens einen Kommutatormotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebs- und Steuervorrichtung für mindestens einen Kommutatormotor.

Es gibt eine Vielzahl von Anwendungsfällen, wo ein oder mehr einfache Kommutatormotoren als Stellmotoren verwendet wer­ den, um ein Abtriebsglied in eine vorbestimmte Stellung zu bringen. Dies ist besonders der Fall, wenn mehrere derarti­ ger Stellmotoren gleichzeitig und im Verhältnis zueinander einen Gegenstand in eine genaue Stellung bringen müssen. Als Beispiel sei hier eine Bettfläche genannt, die durch lotrechtes Bewegen von z. B. vier Beinen dreidimensional verstellbar ist und wobei oft zwei Stellmotoren synchron zueinander bewegt werden müssen.

Zur Wegsteuerung bediente man sich bisher entsprechender Sensoren, die über eine komplizierte Auswerte- und Steuer­ einrichtung die Stellmotoren betätigte. Diese Technik ist in vielen Fällen zu teuer, so daß der Vorteil der an sich preiswerten Motoren, die in der Kraftfahrzeugtechnik zum Beispiel zum Bewegen der Scheibenwischer dienen, durch eine kostspielige Sensor- und Steuertechnik wieder verbraucht wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebs- und Steuervorrichtung für solche Stellmotoren zu schaffen, bei der die genannten Sensoren und dergl. nicht verwendet werden.

Die Erfindung geht von der in der DE-Z. "Konstruktion und Elektronik" Nr. 13, S. 9 vom 16.6.93 im Aufsatz "Strom und Spannung verraten alles" offenbarten Erkenntnis aus, daß es möglich ist, die Drehzahl eines bürstenbehafteten Gleich­ strommotors mit einem besonderen Meßgerät zu ermitteln, das in die Zuleitung der Versorgungsspannung zwischen dem Gleichstromnetz und dem Motor eingeschaltet wird.

Der Motorstrom besteht aus einem Gleichanteil mit überlager­ tem Wechselanteil, der von der Kommutierung abhängig ist. Dreht sich ein solcher Kommutatormotor, so laufen die Bürsten über den Kollektor, wobei beim Übergang von einer Lamelle zur nächsten der Motorstrom kurzzeitig unterbrochen wird. In der Wicklung, die mit der letzten Lamelle verbunden ist, fließt kein Strom mehr. In der folgenden Wicklung, deren Lamelle die Bürste berührt, beginnt der Strom zu fließen. Bei jedem Lamellenüberlauf durch die Bürste entsteht so ein Wechselanteil, dessen Periodizität der zeitlichen Abfolge der Lamellenüberläufe entspricht. Zählt man diese Stromänderungen aus, so erhält man die Kommutie­ rungsfrequenz, die geteilt durch die Anzahl der Ankerpole des Kollektors die Motordrehzahl ergibt.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäß in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Über die relativ einfache Komparatorschaltung lassen sich die Motoren genau steuern. Die Antriebsvorrichtung nach der Erfindung kann sehr preiswert hergestellt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachstehend ist die Erfindung an in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung für die Steuerung eines Kommutatormotors und

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung für die Steuerung mehrerer Kommutatormotoren.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines Kommutatormotors 4, wobei es sich sowohl um einen Gleich­ strom- als auch einen Wechselstrommotor handeln kann.

Eine Gleichstromquelle 1 ist über die Zuleitung der Versorgungsspannung sowohl über zwei als Schalter ausgebilde­ te Steuerglieder 2, 3 mit dem Kommutatormotor 4 als auch mit einem Meßglied 5 verbunden, das seinerseits über die Steuerglieder 2, 3 mit der Kommutatorwicklung des Kommutator­ motors 4 verbunden und in der Lage ist, die Kommutatorüber­ gänge über Strom- und Spannungsänderungen zu detektieren.

Das Meßergebnis wird in einen Filter 6 eingespeist, der aus einem Hochpaß, Resonanzfilter, einem PLL-Filter oder einem digitalen Filter bestehen kann.

Das gefilterte Ergebnis wird einem Zähler 7 zugeführt, der die Anzahl der Lamellenüberläufe ermittelt und in einen Komparator 8 einspeist.

Von einer Steuerungseinrichtung 10, die den Zähler 7 freigeben und auch rückstellen kann, wird ein Sollwert in den Komparator 8 eingegeben und dort mit den ermittelten Werten aus dem Zähler 7 verglichen. Diese Impulse sind ein Maß für den vom Kommutierungsmotor ausgeführten Stellweg.

Das Ergebnis des Komparators 8 wird einem Schaltwerk 9 zugeleitet, das je nach Bewertung dieses Ergebnisses den Kommutatormotor 4 ein-, aus- oder in der Drehrichtung umschaltet, indem sie auf die Schalter 2, 3 einwirkt.

Fig. 2 zeigt eine derartige Schaltungsanordnung für die Anwendung bei mindestens zwei Kommutatormotoren. Ihr Aufbau ist dem der Fig. 1 weitgehend ähnlich.

Es ist eine erste Antriebs- und Steuervorrichtung für einen Kommutatormotor 14 vorgesehen, mit einer Gleichstromquelle 11 an die die Zuleitungen zu Steuergliedern 12, 13 ange­ schlossen sind, mit einem in der einen Zuleitung befindli­ chen Meßglied 15, dem ein Filter 16 nachgeordnet ist. Der Ausgang des Filters ist mit einem Zähler 17 verbunden, dessen Ergebnis in einen Komparator 18 für die Stellwerte eingespeist werden, die aus der Anzahl der Kommutatorüber­ gänge ermittelt sind. Dem Zähler 17 ist eine Steuerungsein­ richtung 20 zugeordnet.

Mit der Stromquelle 11 ist eine zweite Antriebs- und Steuerungsvorrichtung verbunden. Sie besteht aus einem Kommutatormotor 24, der über Steuerglieder 22, 23 mit einem Meßglied 25 verbunden ist. Diesem sind ein Filter 26 und ein Zähler 27 nachgeordnet, dessen Ausgang mit einem weiteren Komparator 28 verbunden ist.

Die Steuerungseinrichtung 20 ist, wie auch die Zähler 17 und 27 mit einem weiteren Komparator 21 verbunden, der die von den Zählern kommenden Werte auf ihren zeitlichen Gleichlauf überprüft und die Sollstellwerte an die Komparatoren 18 bzw. 28 weiterleitet. Es kommt ja oft darauf an, daß die Stellglieder nicht nur um den gleichen Weg, sondern auch in der gleichen Zeit den gleichen Weg zurücklegen müssen. Die Ausgänge des Komparators 21 für die Zeitgleichheit sind mit den Komparatoren 18 und 28 für den Stellweg verbunden, die ihrerseits auf die Schaltwerke 19 bzw. 29 einwirken, die, wie in Fig. 1 auf die Drehrichtung, den Start und das Anhalten des zugeordneten Kommutatormotors 14 bzw. 24 einwir­ ken.

Mit dieser Anordnung ist es nicht nur möglich, mit zwei Motoren den gleichen Stellweg zu bewirken, sondern auch die von den Kommutatormotoren bewegten Glieder zeitgleich, d. h. synchron zu bewegen.

Dieses Prinzip läßt sich auf eine beliebige Anzahl weiterer Kommutatormotoren erweitern.

Anstelle der Schalter 2, 12, 22; 3, 13, 23 können auch stetig arbeitende Halbleitersteller (z. B. Transistorschaltungen) benutzt werden. Hierdurch wird eine noch feinere Überein­ stimmung und Genauigkeit erzielt.

Die gesamte Schaltung kann in einer Mikroprozessorschaltung vereinigt sein.

Claims (7)

1. Antriebs- und Steuervorrichtung für mindestens einen Kommutatormotor, dadurch gekennzeichnet, daß an die Zuleitung jedes Kommutatormotors eine Meßein­ richtung, bestehend aus einem Meßglied (5, 15, 25) und einem Filter (6, 16, 26) zum Erkennen der Kommutatorüber­ gänge angeschlossen ist, dem ein Zähler (7, 17, 27) für die Kommutatorübergänge nachgeordnet ist, der seinerseits mit einem Komparator (8, 18, 28) für den Stellweg verbunden ist, der eine Sollwerteingabe einer Steuerungseinrichtung (10, 20) aufweist und dessen Ausgang mit einem Schaltwerk (9, 19, 29) zur Steuerung des Kommutatormotors (4, 14, 24) verbunden ist.

2. Antriebs- und Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (6, 16, 26) der Meßeinrich­ tung als Hochpaß ausgebildet ist.

3. Antriebs- und Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (6, 16, 26) der Meßeinrich­ tung ein Resonanzfilter ist.

4. Antriebs- und Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (6, 16, 26) der Meßeinrich­ tung ein PLL-Filter ist.

5. Antriebs- und Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung einen digitalen Filter (6, 16, 26) aufweist.

6. Antriebs- und Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehr als einem Kommutatormotor (4, 14, 24) die Komparatoren (8, 18, 28) für den Stellweg jedes Kommutatormotors (4, 14, 24) mit Kompa­ ratoren (21) für die Stellgeschwindigkeiten der Kommuta­ tormotoren verbunden sind.

7. Antriebs- und Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwerke (9, 19, 29) auf Steuerglieder (2, 12, 22; 3, 13, 23) für die Kommutatormotoren (4, 14, 24) einwirken, die als Halblei­ terbandelemente (z. B. Transistorschaltungen) ausgebildet sind.