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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehzahlregeleinrichtung bzw.
Drehzahlsteuereinrichtung für einen Gleichstrommotor und insbesondere auf eine
Drehzahlregel- oder Steuereinrichtung, bei der ein Signal, das für eine Drehzahl des Gleichstrommotors
repräsentativ ist, aus einer Spannung gewonnen wird, die einer gegenelektromotorischen
Kraft entspricht, die in dem Gleichstrommotor während des ausgeschalteten Zustands eines
den Tastzyklus steuernden Steuerschalters erzeugt wird, und bei der eine Rückkopplungs
teuerung bzw. Regelung auf der Grundlage des erzeugten Signals durchgeführt wird.
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In Fig. 9 ist eine herkömmliche Drehzahlregel- oder Drehzahlsteuereinrichtung für einen
Gleichstrommotor gezeigt, die im wesentlichen ein Schaltelement Q1 und eine
Ausgabeschaltung S1 zur Abgabe eines Steuerimpulssignals enthält.
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Das Schaltelement Q1 ist in Reihe zwischen eine Gleichstrom- bzw. Gleichspannungsquelle
A und einen Gleichstrommotor M geschaltet, so daß die Leistung von der
Gleichstromquelle A zu dem Gleichstrommotor M gespeist wird, wenn das Schaltelement Q1
eingeschaltet ist, während die Leistung nicht zu dem Gleichstrommotor M gespeist wird, wenn
das Schaltelement Q1 abgeschaltet ist.
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Genauer gesagt wird eine Versorgungsspannung V0 an den Gleichstrommotor M dann
angelegt, wenn das Schaltelement Q1 eingeschaltet ist. Eine Spannung Vc, die einer
gegenelektromotorischen Kraft entspricht, wird in dem Gleichstrommotor M erzeugt, wenn
das Schaltelement Q1 abgeschaltet ist (siehe die Fig. 10(a) und 10(b)). Die Spannung Vc
wird höher, wenn sich die Drehzahl des Gleichstrommotors M erhöht.
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Eine Motorspannung V1, die die Spannung V0 oder die Spannung Vc sein kann, wird an
eine Schaltung 2 zur Spannungsbeibehaltung, die einen Bestandteil der Ausgabeschaltung
S1 zur Abgabe des Steuerimpulssignals darstellt, angelegt. Die Schaltung 2 zur
Spannungsbeibehaltung
empfängt weiterhin ein Steuerimpulssignal V6 zur Steuerung des
Schaltelements Q1 dahingehend, daß dieses eingeschaltet oder ausgeschaltet wird. Während eines
ersten Pegels des Steuerimpulssignals V6, der eine Einschaltung des Schaltelements Q1
bewirkt, gibt die Schaltung 2 zur Spannungsbeibehaltung eine Spannung V2 ab, die der
Motorspannung V1 entspricht, die dann erzeugt wird, wenn das Steuerimpulssignal V6 von
einem zweiten Pegel, der eine Abschaltung des Schaltelements Q1 bewirkt, auf den ersten
Pegel geändert wird. Während des zweiten Pegels des Steuerimpulssignals V6 gibt die
Schaltung 2 zur Spannungsbeibehaltung die Spannung V2 ab, die der Motorspannung V1
zu jedem Zeitpunkt entspricht. Folglich weist, wie in Fig. 10(c) gezeigt ist, die
Ausgangsspannung V2 einen Wert auf, der im wesentlichen der Spannung Vc entspricht, die der
gegenelektromotorischen Kraft entspricht, die wahrend des Ausschaltzustands bzw.
Ausschaltvorgangs des Schaltelements Q1 erzeugt wird. Demzufolge wird die
Ausgangsspannung V2 bewirkt, wenn sich die Drehzahl des Gleichstrommotors M vergrößert.
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Die Ausgangsspannung V2 wird von einer eingestellten Spannung V3 abgezogen und es
wird die subtrahierte Spannung durch eine Verstärkerschaltung 4 verstärkt, um hierdurch
eine Spannung V4 zu bilden, die niedriger wird, wenn sich die Drehzahl des
Gleichstrommotors M vergrößert, und die höher wird, wenn sich die Drehzahl verringert. Die
verstärkte Spannung V4 wird mit einer nicht konstanten Spannung V5 durch eine
Vergleicherschaltung 6 verglichen. Wie in Fig. 10(d) gezeigt ist, ändert die nicht konstante
Spannung V5 ihren Wert mit einer vorbestimmten Frequenz, was eine Basis für einen
Tastzyklus bzw. Arbeitszyklus des Schaltelements Q1 bereitstellt. Die Vergleicherschaltung
6 gibt den ersten Pegel des Steuerimpulssignals V6 ab, um hierdurch das Schalterelement
Q1 einzuschalten, wenn die verstärkte Spannung V4 (die höher wird, wenn sich die
Drehzahl des Gleichstrommotors M verringert) die nicht konstante Spannung V5
überschreitet. Wie aus Fig. 10(d) ersichtlich ist, wird die Zeitdauer, wahrend der die verstärkte
Spannung V4 die nicht konstante Spannung V5 überschreitet, länger, wenn sich die
Drehzahl des Gleichstrommotors M verringert oder die verstärkte Spannung V4 höher
wird, so daß die Zeitdauer, während der das Schaltelement Q1 eingeschaltet gehalten
bleibt, länger wird. Als Ergebnis hiervon wird der Tastzyklus über die Ansteuerung des
Gleichstrommotors M erhöht, um die Drehung des Gleichstrommotors M mit niedriger
Drehzahl zu kompensieren oder die Drehzahl des Gleichstrommotors M zu vergrößern.
Wenn die Drehzahl des Gleichstrommotors M auf der anderen Seite höher wird, wird der
Tastzyklus verringert, um hierdurch die Drehzahl des Motors M zu verringern.
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Der Aufbau der Ausgabeschaltung S1 zur Abgabe des Steuerimpulssignals, der in Fig. 9
gezeigt ist, kann in unterschiedlicher Weise abgeändert werden. Als Beispiel kann die von
der Schaltung 2 zur Spannungsaufrechterhaltung abgegebene Spannung V2 an einen Minus-
Eingangsanschluß der Vergleicherschaltung 6 ohne Umkehrung angelegt werden. Weiterhin
kann die Spannung V2 mit einer Spannung verglichen werden, die durch Summation der
eingestellten Spannung V3 und der nicht konstanten Spannung V5 gebildet wird.
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Die an die Ausgabeschaltung S1 für die Abgabe des Steuerimpulssignals gestellte
Anforderung besteht darin, daß die Vergleicherschaltung 6 die Spannung, die der
gegenelektromotorischen Kraft, die in dem Gleichstrommotor M erzeugt wird, entspricht, direkt von
dem Gleichstrommotor oder über eine andere Einrichtung erhält, wenn das Schaltelement
Q1 nicht eingeschaltet ist; daß das Steuerimpulssignal V6, das an das Schaltelement Q1
angelegt wird, den ersten Pegel für die Einschaltung des Schaltelements Q1 über eine
längere Zeitdauer aufweist, wenn sich die Spannung verringert, die der
gegenelektromotorischen Kraft entspricht; und daß demzufolge eine gegengekoppelte Steuerung bzw.
Regelung des Gleichstrommotors M durchgeführt wird, um hierdurch die Drehzahl des
Gleichstrommotors M auf einen vorbestimmten Wert zu steuern.
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Die Einrichtung gemäß dem Stand der Technik kann korrekt betrieben werden, so lange
die Ausgangsspannung V2 der Schaltung 2 zur Spannungsbeibehaltung aufrechterhalten
wird, wie es in Fig. 10(c) gezeigt ist. Jedoch wird zu einem Zeitpunkt der Umschaltung
des Schaltelements Q1 aus dem Einschaltzustand in den Ausschaltzustand eine Energie, die
in einer Induktivitätsspule des Gleichstrommotors M gespeichert ist, als ein Spike bzw.
eine Spannungsspitze abgegeben, die die Motorspannung V1 in einem großen Ausmaß
ändert, wie es in Fig. 10(e) gezeigt ist.
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Aus diesem Grund ist herkömmlicherweise eine Zenerdiode ZD parallel zu dem
Gleichstrommotor M geschaltet, um eine spitzenförmige Spannung auf einen vorbestimmten Wert
abzuschneiden bzw. zu begrenzen (-VZ in dem Fall gemaß Fig. 10(e)), um hierdurch eine
Beschädigung des Schaltelements Q1 usw. zu vermeiden. Folglich kann die spitzenförmige
Spannung dadurch verringert werden, daß eine Zenerspannung VZ auf einen kleineren
Wert festgelegt wird. Jedoch wird die Dauer der Erzeugung der spitzenförrnigen Spannung
in einem solchen Fall als Reaktion auf die Verringerung der Zenerspannung VZ länger.
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Die Ausgangsspannung V2 wird an die Verstärkerschaltung 4 eingangsseitig angelegt, die
normalerweise eine integrierende Funktion besitzt. Daher wird die Ausgangsspannung V4
der Verstärkerschaltung einen Verlauf mit sägezahnförmiger Gestalt zeigen, die durch die
Spannungsspitze stark beeinflußt wird, wie es in Fig. 10(f) dargestellt ist. Selbst wenn die
Zenerspannung VZ verringert worden ist, weist die Ausgangsspannung V4 dennoch diesen
Verlauf mit sägezahnförmiger Gestalt auf, da die Zeitdauer der Erzeugung der
spitzenförmigen Spannung verlängert wird, wie es zuvor erläutert wurde.
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Falls eine solche Ausgangsspannung V4, die einen Verlauf mit sägezahnförmiger Gestalt
besitzt, an die Vergleicherschaltung 6 eingangsseitig angelegt wird, wird die
Ausgangsspannung V6 instabil. Folglich wird selbst dann, wenn die Drehzahl des
Gleichstrommotors M niedrig wird, die Zeitdauer während des Einschaltbetriebs bzw. Einschaltzustands
des Schaltelements Q1 nicht stets länger sein, sondern es kann die Zeitdauer der
Einschaltung des Schaltelements Q1 zu einem Zeitpunkt kurz sein und kann zu einer anderen Zeit
lang sein. Damit dieses Problem vermieden wird, kann die integrierende Funktion der
verstärkenden Schaltung 4 erhöht werden, um hierdurch die verstärkte Spannung zu glätten.
Jedoch ist die Reaktionsgeschwindigkeit bzw. Ansprechgeschwindigkeit in diesem Fall
verringert und es kann daher die Drehzahl nicht in hervorragender Weise gesteuert werden.
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Weiterhin ändert sich, wie in Fig. 10(b) gezeigt ist, die Spannung Vc, die der
gegenelektromotorischen Kraft entspricht, mit einem relativ kurzen Zyklus, und zwar wegen des
Kontaktverhaltens zwischen einer Bürste und einem Kommutator. Darüber hinaus kann die
Spannung Vc leichter durch verschiedenartige Forrnen von Störungen beeinflußt werden.
Die Schaltung 2 zur Beibehaltung der Spannung wird daher die Spannung Vc eventuell
nicht bei dem Pegel halten, der der gegenelektromotorischen Kraft, die in dem
Gleichstrommotor M hervorgerufen wird, entspricht, sondern die Schaltung 2 zur
Aufrechterhaltung der Spannung wird eventuell die Spannung Vc unter Beeinflussung durch die
Störungen aufrechterhalten, wie es in Fig. 10(e) in dem am weitesten rechts liegenden Abschnitt
gezeigt ist. Auch in diesem Fall wird die Vergleicherschaltung 6 eventuell die Spannung
Vc nicht empfangen, die der gegenelektromotorischen Kraft entspricht.
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Wie zuvor erläutert, wird die in Fig. 9 gezeigte Schaltung gemäß dem Stand der Technik
durch Störungen leicht beeinflußt und kann in der Praxis die Regelung nicht in einer
stabilen Weise durchführen.
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In der FR-A-2 386 931 ist eine Drehzahlregeleinrichtung offenbart, bei der die Spannung,
die der gegenelektromotorischen Kraft entspricht, momentan an einem Punkt gemessen
wird, der nach bzw. bezüglich der Abschaltung des Treibersignals verzögert ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehzahlregeleinrichtung für
einen Gleichstrommotor zu schaffen, bei der verhindert wird, daß eine
Vergleicherschaltung eine Spannung empfängt, die einen Wert aufweist, der sich von einer
gegenelektromotorischen Kraft des Gleichstrommotors aufgrund einer Störspitze oder einer Störung
unterscheidet, so daß eine stabile Steuerung mit Rückkopplung möglich ist.
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Die vorliegende Erfmdung schafft gemäß der Beanspruchung im Patentanspruch 1 eine
Einrichtung für einen Gleichstrommotor, die ein Schaltelement für die Zuführung von
Leistung zu dem Gleichstrommotor und zum Einschalten und Ausschalten für eine
Steuerung des Tastzyklus bzw. Arbeitszyklus des Gleichstrommotors, eine Ausgabeschaltung für
die Abgabe eines Steuerimpulssignals (Steuerimpulssignalausgangsschaltung) für das
Anlegen einer Spannung an eine Vergleicherschaltung, die einer gegenelektromotorischen
Kraft entspricht, die in dem Gleichstrommotor dann erzeugt wird, wenn das Schaltelement
nicht eingeschaltet ist, und zum Anlegen eines Pegelteils bzw. -abschnitts des
Steuerimpulssignals an das Schaltelement für eine Einschaltbetätigung des Schaltelements, das
eine längere Zeitdauer aufweist, wenn die gegenelektromotorische Kraft des
Gleichstrommotors kleiner wird, enthält; gekennzeichnet durch:
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eine Schaltung zum Halten der Durchschnittsspannung, die zwischen dem
Gleichstrommotor und die Vergleicherschaltung geschaltet ist und zum Mitteln der
Spannung dient, die der gegenelektromotorischen Kraft entspricht, die in dem
Gleichstrommotor während der Zeitdauer, in der sich das Steuerimpulssignal, das von der
Ausgangsschaltung zur Abgabe des Steuerimpulssignals abgegeben wird, nicht bei einem Pegel für eine
Einschaltbetätigung des Schaltelements befindet, erzeugt wird, und zum Beibehalten der
Durchschnittsspannung während der Zeit dient, in der sich das Steuerimpulssignal bei
einem Pegel zur Einschaltbetätigung des Schaltelements befindet.
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Manche Ausführungsformen der Erfindung können weiterhin eine Schaltung zur
Ausdehnung der Impulsbreite aufweisen, die zum Aufnehmen des Steuerimpulssignals, das von
der Ausgangsschaltung zur Abgabe des Steuerimpulssignals abgegeben wird, und zum
Verbreitern der Zeitdauer des Pegelteils des Steuerimpulssignals, der einer
Einschaltbetätigung des Schaltelements entspricht bzw. diese bewirkt, dient, so daß eine verbreiterte
Impulswelle abgegeben wird, bei der der Zeitpunkt des Wechsels zu einem Pegelteil für
eine Ausschaltbetätigung des Schaltelements verzögert ist.
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Bei dem Betrieb von derartigen Ausführungsbeispielen hält die Schaltung zur Beibehaltung
bzw. Aufrechterhaltung der Spannung aufgrund des Vorsehens der Schaltung zur
Verbreiterung der Impulsbreite die Motorspannung während des Einschaltzustands des
Schaltelements nicht aufrecht und behält auch die Motorspannung während des Zeitintervalls
unmittelbar nach dem Abschalten des Schaltelements oder während des Zeitintervalls, in
dem die Motorspannung aufgrund einer Störspitze instabil werden kann, nicht bei.
Demzufolge ist der Wert, der durch die Schaltung zur Aufrechterhaltung der Spannung gehalten
wird, derjenige der Motorspannung, die erzeugt worden ist, nachdem das Schaltelement
abgeschaltet worden ist, und der Einfluß der Störspitze beseitigt worden ist. Ein solcher
Wert entspricht der gegenelektromotorischen Kraft des Gleichstrommotors ohne irgendeine
Beeinflussung durch die Störspitze. Daher empfängt die Vergleicherschaltung die
Spannung, die nicht durch die Störspitze beeinflußt ist und die der gegenelektromotorischen
Kraft des Gleichstrommotors entspricht.
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Beim Betrieb der vorliegenden Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 beansprucht ist,
hält die Schaltung zur Aufrechterhaltung der Durchschnittsspannung nicht lediglich einen
momentanen Wert, sondern hält einen gemittelten Wert. Daher wird der beibehaltene Wert
zu dem gemittelten Wert, der nicht durch die Störung usw. beeinflußt ist, selbst wenn sich
die Motorspannung über die Zeit hinweg wegen des Verhaltens der Kontaktberührung
zwischen einer Bürste und einem Kommutator oder dem Einfluß von Störungen ändert.
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Damit entspricht die Spannung, die an die Vergleicherschaltung angelegt wird, exakt der
gegenelektromotorischen Kraft des Gleichstrommotors in Übereinstimmung mit dem ersten
oder dem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung. Daher kann eine stabile
Regelung durchgeführt werden, ohne daß eine Beeinflussung durch die Störungen usw.
auftritt.
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Die Erfindung wird durch die Ansprüche und die Beschreibung, die lediglich als Beispiel
dienen soll, in Verbindung mit den Zeichnungen noch vollständiger verständlich.
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Fig. 1 zeigt eine Schaltungsgestaltung einer Einrichtung zur Steuerung der Drehzahl
eines Gleichstrommotors in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 2 zeigt eine Ansicht, die ähnlich ist wie diejenige gemäß Fig. 1, in der jedoch
eine Halteschaltung zur Beibehaltung einer Durchschnittsspannung, eine erste
und eine zweite Rückkopplungsschaltung in Einzelheiten dargestellt sind;
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Fig. 3(a) zeigt eine Schaltungsausführung einer Schaltung zur Verbreiterung der
Impulsbreite;
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Fig. 3(b) bis 3(e) sind Darstellungen, in denen die Arbeitsweise der in Fig. 3(a) gezeigten
Schaltung dargestellt ist;
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Fig. 4(a) bis 4(e) zeigen Darstellungen, in denen die Arbeitsweise der Schaltung, die in
Fig. 1 gezeigt ist, dargestellt ist;
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Fig. 5(a) zeigt eine graphische Darstellung, in der die Arbeitsweise einer zweiten Rück
kopplungschaltung veranschaulicht ist;
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Fig. 5(b) ist eine graphische Darstellung, in der charakteristische Eigenschaften gezeigt
sind, die durch die erste Rückkopplungsschaltung und auch durch die zweite
Rückkopplungsschaltung verliehen werden;
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Fig. 6(a) bis 6(c) zeigen schematische Ansichten, in denen die Arbeitsweise der ersten
Rückkopplungsschaltung gezeigt ist;
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Fig. 7(a) bis 7(d) sind Darstellungen, in denen die Arbeitsweise der ersten Rückkopp
lungsschaltung gezeigt ist;
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Fig. 8(a) bis 8(d) sind Darstellungen, die ähnlich sind wie diejenigen gemaß den Fig. 7(a)
bis 7(d), in denen jedoch eine unterschiedliche Betriebsweise gezeigt ist;
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Fig. 9 zeigt eine Schaltungsausgestaltung einer zum Stand der Teclmik rechnenden
Einrichtung zur Steuerung der Drehzahl eines Gleichstrommotors; und
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Fig. 10(a) bis 10(f) sind Darstellungen, in denen der Betrieb der Schaltung dargestellt ist,
die in Fig. 9 gezeigt ist.
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Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen. Dort ist eine Drehzahlregeleinrichtung für einen
Gleichstrommotor M gezeigt, bei der ein erster und ein zweiter Gesichtspunkt der
vorliegenden Erfindung gemeinsam als eine Steuerschaltung verkörpert sind. Über die in Fig. 9
gezeigte Schaltungsausgestaltung hinausgehend weist die Einrichtung eine Schaltung 10 zur
Ausdehnung bzw. Verbreiterung der Impulsbreite bzgl. des ersten Gesichtspunkts auf.
Weiterhin ist die bei dem Stand der Technik vorgesehene Schaltung 2 zur Beibehaltung der
Spannung durch eine Halteschaltung 2a zur Beibehaltung der Durchschnittsspannung
gemaß dem zweiten Gesichtspunkt ersetzt. Die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung enthält
weiterhin eine erste Rückkopplungsschaltung 12 und eine zweite Rückkopplungsschaltung 14.
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Im Vergleich zu der Steuerung gemaß dem Stand der Technik ist auch allein die
Hinzufügung der Schaltung 10 zur Verbreiterung der Impulsbreite oder allein der Ersatz der
Schaltung 2 zur Beibehaltung der Spannung durch die Halteschaltung 2a zur Beibehaltung
der Durchschnittsspannung wirksam, um hierdurch eine noch stabilere Regelung
bereitzustellen. Auch wenn somit der erste und der zweite Gesichtspunkt bei diesem einen
Ausführungsbeispiel enthalten sind, ist es demzufolge nicht notwendig, sowohl den ersten als
auch den zweiten Gesichtspunkt einzubauen.
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Der Aufbau der Schaltung 10 zur Verbreiterung der Impulsbreite wird nun unter
Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert. Die Schaltung 10 zur Verbreiterung der Impulsbreite enthält
hauptsächlich eine CR-Schaltung zur Eingabe eines Steuerimpulssignals V6 eines
Schaltelements Q1 über eine Diode D1, eine Schaltung zum Anlegen einer Ausgangsspannung
V8 der CR-Schaltung an eine Basis einer Schaltschaltung U3 über eine Zenerdiode ZD1,
und ein Schaltelement Q4 für die Invertierung des Ein- und Aus-Zustands des
Schaltelements Q3.
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Eine Kondensator C4 weist eine relativ kleine Kapazität auf, so daß er rasch geladen wird,
wenn die Spannung V6 sich bei einem höheren Pegel findet. Auf der anderen Seite weist
ein Widerstand R6 einen relativ großen Widerstandswert auf, so daß der geladene
Kondensator C4 langsam entladen wird, wenn die Spannung V6 bei einem niedrigeren Pegel
liegt, wie es in Fig. 3(c) gezeigt ist. Da die Zenerdiode ZD1 bei einem Pegel VZ1, der
niedriger ist als der höhere Pegel des Steuerimpulssignals V6, zum Durchbruch kommt
bzw. leitend wird, wird das Schaltelement Q3 unmittelbar nach dem Ansteigen der
Spannung V6 auf den höheren Pegel eingeschaltet und wird eingeschaltet gehalten, bis die
Spannung des Kondensators C4 niedriger wird als der Pegel VZ1, nachdem das
Schaltelement Q1 abgeschaltet worden ist. Daher weist eine Basisspannung V9 für das
Schaltelement Q4 einen Verlauf der Wellenform auf, bei dem eine Impulsbreite für den
Einschnitzustand des Schaltelements Q1 verbreitert worden ist.
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Das Schaltelement Q4 wird abgeschaltet, wenn das Schaltelement Q3 eingeschaltet wird,
wohingegen es eingeschaltet wird, wenn das Schaltelement Q3 abgeschaltet ist oder wird.
Daher entspricht eine Kollektorspannung V7 des Schaltelements Q4 der invertierten
Basisspannung V9. Folglich weist die Kollektorspannung V7 einen Verlauf der Wellenform
auf, der zu einem höheren Pegel zu der gleichen Zeit, zu der das Steuerimpulssignal V6
den höheren Pegel annimmt, wird, der jedoch zu einem niedrigeren Pegel wird, nachdem
das Steuerimpulssignal V6 auf den niedrigeren Pegel geändert worden ist. Dies bedeutet,
daß die Zeitdauer des höheren Pegels länger wird als diejenige für einen Einschaltvorgang
bzw. Einschaltzustand des Schaltelements Q1. Die Spannung V7, die die in dieser Weise
verlängerte Impulsbreite aufweist, wird an die Halteschaltung 2a für die Beibehaltung der
Durchschnittspannung eingangsseitig angelegt.
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Wie in Fig. 2 gezeigt ist, enthält die Halteschaltung 2a zum Beibehalten der
Durchschnittspannung ein Schaltelement Q2, einen Widerstand R1 und einen Kondensator C1. Die
Spannung V7, die die verbreiterte Impulsbreite besitzt, wird an die Basis des
Schaltelements Q2 eingangsseitig angelegt. Das Schaltelement Q2 wird während des
Einschaltbetriebs des Schaltelements Q1 abgeschaltet und wird danach während einer verlängerten
Zeitdauer abgeschaltet gehalten. Folglich wird, wie in den Fig. 4(a), 4(b) und 4(c) gezeigt
ist, das Schaltelement Q2 während der Zeitdauer des Anlegens einer
Energiequellenspannung bzw. Speisespannung an den Gleichstrommotor M und seiner nachfolgenden,
vorbestimmten Zeitdauer ohne Anlegen der Speisespannung, während der die Störspitze
dem Betrieb des Schaltungselements Q2 beeinflussen kann, abgeschaltet gehalten. Der
Kondensator C1 empfängt daher die Motorspannung V1 lediglich während einer Zeitdauer
T, in der die Spannung Vc, die der gegenelektromotorischen Kraft des Gleichstrommotors
M entspricht, erzeugt wird, so daß sie nicht durch die Störspitzen beeinflußt werden kann.
Eine Ausgangsspannung V2 der Halteschaltung 2a zur Beibehaltung der
Durchschnittsspannung wird demzufolge zu einer gemittelten Spannung innerhalb der Zeitdauer T.
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Wie vorstehend erläutert, kann die Ausgangsspannung V2 aufgrund der Tatsache, daß der
Einfluß der Störspitze durch die Schaltung 10 zur Verbreiterung der Impulsbreite beseitigt
werden kann, einen Wert haben, der im wesentlichen der gegenelektromotorischen Kraft
entspricht, selbst wenn die Halteschaltung 2A zur Beibehaltung der Durchschnittsspannung
nicht bereitgestellt ist. Jedoch wird die Ausgangsspannung V2 bei einer Bereitstellung der
Halteschaltung 2A für die Beibehaltung der Durchschnittsspannung bei der gemittelten
Spannung gehalten, so daß eine noch stabilere Regelung durchgeführt werden kann, ohne
daß ein Einfluß von Störungen zu verzeichnen ist.
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Da die Halteschaltung 2A zur Beibehaltung der Durchschnittsspannung auf der anderen
Seite nicht derart aufgebaut ist, daß sie lediglich die Motorspannung V1 beibehält, wenn
das Schaltelement Q1 abgeschaltet ist, kann der Einfluß der Störspitze in gewissem
Ausmaß durch den Vorgang der Mittelwertbildung beseitigt werden, selbst wenn die
Schaltung 10 zur Verbreiterung der Impulsbreite nicht eingebaut ist. Folglich ist die
Halteschaltung 2A zur Beibehaltung der Durchschnittsspannung gegenüber der zum Stand
der Technik rechnenden Halteschaltung 2 zur Aufrechterhaltung der Spannung in einer
derartigen Weise geändert, daß sie nicht lediglich einen momentanen Wert hält, sondern
die gemittelte Spannung beibehält, so daß ein noch besseres Ergebnis erzielt werden kann.
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Da ferner die Halteschaltung 2A zur Beibehaltung der Durchschnittspannung den
Kondensator C1 und den Widerstand R1 für den Vorgang der Mittelwertbildung enthält, wird
die Motorspannung Vc innerhalb der Zeitdauer T in Fig. 4(c) gemittelt, wie es in Fig. 4(d)
gezeigt ist. Folglich ist die Ausgangsspannung V2 als die gegenelektromotorische Kraft
vorgesehen, wodurch der Einfluß von Störungen beseitigt wird.
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Wie in Fig. 2 gezeigt ist, enthält dieses Ausführungsbeispiel einen Generator 8 zur
Erzeugung einer Dreieckwelle, der als eine nicht konstante Spannungsschaltung dient, die eine
nicht konstante Spannung V5 abgibt, wie es in Fig. 4(e) gezeigt ist. Die nicht konstante
Spannung V5 wird an einen der Eingangsanschlüsse eines Vergleichers 6 angelegt,
während eine verstärkte Spannung V4 an den anderen der Eingangsanschlüsse angelegt wird.
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Die verstärkte Spannung V4 stellt eine Verstärkung der Subtraktion der gemittelten
Spannung oder der Ausgangsspannung V2 von einer eingestellten Spannung V3 dar. Wie
vorstehend erläutert, ist der Einfluß einer Störspitze oder von Störungen in der gemittelten
Spannung V2 beseitigt und es ist daher die verstärkte Spannung V4 ebenfalls nicht durch
die Störspitze bzw. Spannungsspitze oder die Störungen beeinflußt. Folglich entspricht die
verstärkte Spannung V4, die von der Vergleicherschaltung 6 empfangen wird, exakt der
gegenelektromotorischen Kraft des Gleichstrommotors M und es kann daher eine stabile
Rückkopplungssteuerung durchgeführt werden.
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Die erste Rückkopplungsschaltung 12 wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert. Die
erste Rückkopplungsschaltung 12 enthält Widerstände R3 und R2 für die Einstellung des
Verstärkungsfaktors eines Verstärkers 6. Zwischen dem Widerstand R2 und dem
Kondensator C1 ist kein Element hohen Impedanzwerts eingefügt, das normalerweise
vorgesehen wäre. Durch Weglassen eines solchen Elements hohen Impedanzwerts wird
zwischen der verstärkten Spannung V4 und der gemittelten Spannung V2 eine
Rückkopplungsfunktion bereitgestellt.
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Fig. 6(a) zeigt, wie die Rückkopplungsschaltung 12 betrieben wird. Die verstärkte
Spannung V4 und die gemittelte Spannung V2 haben nicht stets die gleiche Größe. Durch
Einstellen der Werte der Widerstände R2 und R2 können sie derart balanciert bzw.
symmetriert werden, daß sie in einer gegenseitigen Beziehung wie V4 > V2 oder wie V4 <
V2 stehen.
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Falls die Spannungen V4 und V2 durch Einstellung der Widerstände R2 und R3 derart
justiert sind, daß sie der Beziehung V4 > V2 entsprechen, fließt ein Strom in einer
Richtung, die in Fig. 6(a) durch einen Pfeil mit durchgezogener Linie dargestellt ist, und
es vergrößert sich die gemittelte Spannung V2 während des Einschaltzustands des
Schaltelements Q2 allmählich, wie es in Fig. 7(c) gezeigt ist. Daher tendiert die verstärkte
Spannung V4 dazu, sich zu verringern, wie es in Fig. 7(d) gezeigt ist (ausgehend von
einem Pegel, der durch eine gepunktete Linie dargestellt ist, zu einem Pegel, der durch
eine durchgezogene Linie angezeigt ist).
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Hierdurch kann eine Tendenz zur Verringerung eines Tastzyklus bzw. Arbeitszyklus
hervorgerufen werden und es kann daher durch Eingliederung dieser Tendenz in die
Regelung zur Beibehaltung der Drehzahl des Gleichstrommotors M auf einen
vorbestimmten Wert eine charakteristische Linie bzw. Kennlinie d erhalten werden, wie sie in Fig.
5(b) gezeigt ist.
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In dem Fall, daß der Gleichstrommotor M für den Antrieb eines energiebetriebenen bzw.
maschinell betriebenen Werkzeugs eingesetzt wird, ist es vorzusehen, ein Werkzeug mit
einer konstanten Drehzahl bei einem normalen Betrieb anzutreiben, wie sie durch eine
charakteristische Linie b angegeben ist. Jedoch ist die Kennlinie d für den Antrieb einer
gewissen Art von Werkzeugen aus Gründen der Erleichterung des Betriebs vorzuziehen. In
diesem Fall werden die Spannungen V4 und V2 derart symmetriert bzw. einjustiert, daß
sie in der Beziehung gemäß V4 > V2 stehen, und zwar durch Einstellung der Widerstände
R2 und R3.
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Wenn die Spannungen V4 und V2 auf der anderen Seiten derart eingestellt sind, daß sie
die Beziehung gemäß V2 > V4 erfüllen, fließt der Strom gemäß der Darstellung durch
einen Pfeil, der in Fig. 6(c) oder Fig. 6(a) mit gestrichelter Linie dargestellt ist. Dies kann
eine Tendenz dahingehend hervorrufen, daß die gemittelte Spannung V2 abnimmt, wie es
in Fig. 8(c) gezeigt ist. Daher tendiert die verstärkte Spannung V4 dazu, sich ausgehend
von dem Pegel, der durch die gepunktete Linie dargestellt ist, auf einen Pegel zu
vergrößern,
der in Fig. 8(d) durch die durchgezogene Linie angegeben ist. Demzufolge wird
eine Tendenz dahingehend geschaffen, daß der Tastzyklus vergrößert wird, und es kann
eine Kennlinie c erhalten werden, wie sie in Fig. 5(b) gezeigt ist.
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Folglich wird es durch die Hinzufügung der ersten Rückkopplungsschaltung 12 möglich,
der Regelung für die konstante Motordrehzahl eine unterschiedliche Tendenz zu verleihen.
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Die zweite Rückkopplungsschaltung 14 wird nun erläutert. Die zweite Rückkopplungs
schaltung 14 enthält Widerstände R4 und R5, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Folglich übt die
zweite Rückkopplungsschaltung 14 die Funktion aus, die nicht konstante Spannung V5 zu
erzeugen, die an die Vergleicherschaltung 6 eingangsseitig angelegt wird, und die sich als
Reaktion auf eine Änderung der eingestellten Spannung V3 ändert, die von einer
Einstellspannungsschaltung bzw. Schaltung 1 zur Spannungseinstellung abgegeben wird. Die
eingestellte Spannung V3 ist für eine höhere Drehzahl des Gleichstrommotors B auf einen
höheren Wert und für eine niedrigere Drehzahl des Gleichstrommmotors M auf einen
niedrigeren Wert einstellbar.
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Durch Einstellung der Werte der Widerstände R4 und R5 ist es möglich, den Pegel der
verstärkten Spannung V4 ohne den Pegel der nicht konstanten Spannung V5 einzustellen,
so daß das Fließen des Stroms in der ersten Rückkopplungsschaltung 12 gesteuert werden
kann. Folglich können die Kennlinien c, b und d erhalten werden, wie sie in Fig. 5(b)
gezeigt sind, ohne daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 4 geändert wird. Es können
verschiedenartige Abänderungen bei der Schaltungsgestaltung der Schaltung 10 zur
Verbreiterung der Impulsbreite und derjenigen der Halteschaltung 2a zur Aufrechterhaltung
der Durchschnittsspannung vorgenommen werden.
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Weiterhin kann die Gestaltung der Schaltung für die Eingangsspeisung der
Vergleicherschaltung 6 in unterschiedlicher Weise abgeändert werden. Zum Beispiel kann die
Vergleicherschaltung 6 zwei beliebige Parameter aus der eingestellten Spannung V3 der
gegenelektromotorischen Kraft und der nicht konstanten Spannung V5 mit dem
verbleibenden
Parameter dieser Gruppe vergleichen, so daß das Schaltelement Q1 für ein langes
Zeitintervall eingeschaltet gehalten bleibt, wenn die Motordrehzahl verringert wird.
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Auch wenn die Erfindung unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
derselben beschrieben worden ist, versteht es sich, daß Modifikationen oder Abänderungen
in einfacher Weise vorgenommen werden können, ohne von dem Rahmen und Umfang der
vorliegenden Erfmdung abzuweichen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.