EP0279839A1 - Schaltungsanordnung zur elektronischen kommutierung eines gleichstrommotors - Google Patents

Schaltungsanordnung zur elektronischen kommutierung eines gleichstrommotors

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EP0279839A1
EP0279839A1 EP87905746A EP87905746A EP0279839A1 EP 0279839 A1 EP0279839 A1 EP 0279839A1 EP 87905746 A EP87905746 A EP 87905746A EP 87905746 A EP87905746 A EP 87905746A EP 0279839 A1 EP0279839 A1 EP 0279839A1
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special
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brand
counter
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EP87905746A
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English (en)
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Günter Gleim
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Deutsche Thomson Brandt GmbH
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Deutsche Thomson Brandt GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/06—Arrangements for speed regulation of a single motor wherein the motor speed is measured and compared with a given physical value so as to adjust the motor speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators

Definitions

  • Circuit arrangement for the electronic commutation of a DC motor Circuit arrangement for the electronic commutation of a DC motor.
  • the invention relates to a circuit arrangement for the electronic commutation of a multi-strand DC motor with marks arranged on the circumference of a rotor, which, in cooperation with a sensor, deliver the commutation pulses for controlling the strands of the motor by the pulses supplied by the sensor relaying a counter, the outputs of which control switches , which alternately switch the strings to an operating or a reference potential, the counter resetting itself after a number of pulses.
  • Such Druckurigsanowski is known and described for example in DE-OS 34 35 270. It is used to control the various strands of the engine at the right moment.
  • the marks attached to the circumference of the rotor can be translucent or reflective points that interact with a light-sensitive sensor, or the marks can be permanent magnets that act on a Hall generator as a sensor.
  • the marks arranged on the circumference of the rotor generate a periodically occurring sequence of the activation of the strands, in that a counter cyclically connects them either to an operating potential or to a reference potential via bipolar switches. The sequence is formed by counting each by a number of marks emitted impulses resets itself, the number of impulses being formed by an integer divisor of the number of marks.
  • the counter is reset e.g. by one pulse too early or too late, so that optimal control of the strands is no longer possible. That is, the formation of an optimal torque does not result, so that the efficiency of the motor is impaired.
  • the invention has for its object that the engine always delivers the optimal torque.
  • the invention is described below using the example of a head drum motor for a video recorder.
  • Figure 1 shows the circuit for r electronic commutation
  • FIGS. 2 3 and 4 show diagrams for explaining FIG. 1
  • Figure 5 shows various arrangements for achieving the object of the invention.
  • this motor has three winding strands L AB , L BC and L CA in the stator, which drive the rotor R by the currents flowing in the strands act magnetically on permanent magnets attached to the rotor.
  • the rotor R is provided with marks M which serve for commutation of the motor in that these marks are related to a sensor S which detects the marks and derives commutation pulses K from them.
  • the brands M can consist of small magnets that interact with a Hall generator as a sensor.
  • the brands M can also consist of translucent or reflective points which interact with an optical scanner or a light barrier.
  • the marks can also consist of magnets that interact with a magnetic resistor.
  • the commutation pulses K arrive at the input of a counter Z, which resets itself after a number of input pulses. This is done with the help of a logic circuit L, which forms a reset impulse from a desired end position of the counter.
  • the number x of the counting pulses for resetting the counter Z corresponds to an integer divisor of the number N of marks M arranged on the rotor R. In the example, 24 marks M are used for commutating the motor.
  • the counter Z is, for example, a synchronous BCD counter of the type SN 74192 from Texas Instruments. For x equal to 6, the counter Z is reset after every six input pulses, ie when the seventh pulse arrives.
  • the outputs of the counter Z go to a decoder circuit D (for example of the type 74/54 Texas Instruments), which applies a pulse to its outputs 1 to 6 in cyclical order as soon as a commutation pulse K reaches the input of the counter Z.
  • the outputs 1 to 6 of the decoder circuit D are linked via inverter stages 11 to 16 and via OR gates 01 to 06 in such a way that their outputs control switches S1 to S6 in such a way that the required currents in the lines
  • FIG. 2 shows a diagram in which the temporal assignment of the voltages to one another at points A, 3 and C is shown.
  • the pulse series emitted by the sensor S is plotted for the duration of one revolution of the rotor R. It consists of 24 commutation pulses K, which form 24 clock cycles.
  • a pulse K 'of the pulse series serves to form the head switching pulse KU according to FIG. 2b, for example with the aid of monostable multivibrator MF.
  • the pulses according to FIGS. 2c to 2h show d'i e through the inverters 11 to 16 inverted output signals of the decoder outputs 1 to 6.
  • FIG. 2i, k and l they are the same as A, B in FIG and C indicated points resulting stresses.
  • Switch S1 set to positive potential and output
  • the switches S1 to S6 are shown as mechanical switches for simplicity. Of course, these are electronic switches such as transistors or switched current sources.
  • FIG. 3 shows how such an unfavorable reset of the counter works.
  • pulses according to FIGS. 3b to 3g are then shifted by one clock with respect to the pulses according to FIG. 3a. This does not result at the points A, B and C of the circuit according to FIG. 1, the timing control voltages according to FIGS. 3h to 3k required for an optimal torque.
  • FIG. 4 shows how the invention works.
  • FIG. 5 shows three different ways of arranging the additional mark M '.
  • the special brand M ' is identical to the brand for generating the head switching impulses.
  • the special mark M ' is arranged in a second row outside the commutation marks M.
  • the special mark M ' can also lie between the commutation marks M, as indicated in FIG. 5c. In this case, it serves to generate a preparation signal for the reset of the counter Z, which is carried out by a subsequent commutation pulse. It is also possible to use only a part of the brands M to commutate the motor.

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  • Power Engineering (AREA)
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Description

PATENTANMELDUNG
Schaltungsanordnung zur elektronischen Kommutierung eines Gleichstrommotors.
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur elektronischen Kommutierung eines mehrstrangigen Gleichstrommotors mit auf dem Umfang eines Rotors angeordneten Marken, die in Zusammenwirken mit einem Sensor die Kommutierungsimpulse zur Ansteuerung der Stränge des Motors liefern, indem die vom Sensor gelieferten Impulse einen Zähler weiterschalten, dessen Ausgänge Schalter ansteuern, welche die Stränge abwechselnd auf ein Betriebs- oder ein Bezugspotential schalten, wobei der Zähler nach einer Anzahl von Impulsen sich selbst zurücksetzt. Eine derartige Schalturigsanordnung ist bekannt und z.B. in DE-OS 34 35 270 beschrieben. Sie dient dazu, die verschiedenen Stränge des Motors im richtigen Moment anzusteuern. Die am Umfang des Rotors angebrachten Marken können lichtdurchlässige oder reflektierende Stellen sein, die mit einem lichtempfindlichen Sensor zusammenwirken oder es kann sich bei den Marken um Permanentmagnete handeln, die auf einen Hallgenerator als Sensor einwirken. Die am Umfang des Rotors angeordneten Marken erzeugen eine periodisch auftretende Sequenz der Ansteuerung der Stränge, indem ein Zähler diese über bipolare Schalter zyklisch entweder mit einem Betriebspotential oder mit einem Bezugspotential verbindet. Die Sequenz wird gebildet, indem der Zähler jewei ls nach einer Anzahl von durch die Marken abgegebenen Impulsen sich selbst zurücksetzt, wobei die Zahl der Impulse durch einen ganzzahligen Teiler der Anzahl der Marken gebildet wird.
Es kann vorkommen, daß die Rücksetzung des Zählers z.B. um einen Impuls zu früh oder zu spät erfolgt, so daß eine optimale Ansteuerung der Stränge "nicht mehr gegeben ist. D.h. es ergibt sich nicht die Bildung eines optimalen Drehmomentes, so daß der Wirkungsgrad des Motors verschlechtert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, daß der Motor stets das optimale Drehmoment abgibt.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebene Erfindung gelöst. Weitere Ausgestaltungen zur Lösung der Aufgabe ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nachstehend wird die Erfindung an dem Beispiel eines Kopftrommelmotors für einen Videorecorder beschrieben.
Figur 1 zeigt die Schaltung zu r elektronischen Kommutierung
Figuren 2 3 und 4 zeigen Diagramme zur Erläuterung der Figur 1
Figur 5 zeigt verschiedene Anordnungen zur Lösung der Aufgabe der Erfindung.
In Figur 1 wird die Erfindung beispielsweise an einer
Schaltung zur Kommutierung eines Kopftrommelmotors in einem Videorecorder erläutert. Dieser Motor besitzt im gezeichneten Beispiel im Stator drei Wicklungsstränge LAB, LBC und LCA , die den Rotor R antreiben, indem die in den Strängen fliessenden Ströme magnetisch auf am Rotor angebrachte Permanentmagnete einwirken. Der Rotor R ist mit Marken M versehen, die zur Kommutierung des Motors dienen, indem diese Marken mit einem Sensor S in Beziehung stehen, der die Marken detektiert und aus ihnen Kommutierungsimpulse K ableitet. Die Marken M können aus kleinen Magneten bestehen, die mit einem Hallgeneratbr als Sensor zusammenwirken. Die Marken M können auch aus lichtsurchlässigen oder reflektierenden Stellen bestehen, die mit einem optischen Abtaster oder einer Lichtschranke zusammenwirken. Die Marken können auch aus Magneten bestehen, die mit einem magnetischen Widerstand zusammenwirken. Die Kommutierungsimpulse K gelangen an den Eingang eines Zählers Z, der sich nach einer Anzahl von EingangsimpuIsen selbst zurücksetzt. Das geschieht mit Hilfe einer LogikschaItung L, die aus einer gewünschten Endstellung des Zählers einen RücksetzimpuIs formt. Die Anzahl x der Zählimpulse zur Rücksetzung des Zählers Z entspricht dabei einem ganzzahligen Teiler der Anzahl N der auf dem Rotor R angeordneten Marken M. Im Beispiel dienen 24 Marken M zur Kommutierung des Motors. Bei dem Zähler Z handelt es sich z.B. um einen synchronen BCD-Zähler der Type SN 74192 der Firma Texas Instruments. Für x gleich 6 wird der Zähler Z jeweils nach sechs Eingangsimpulsen, d.h. bei Eintreffen des siebten Impulses zurückgesetzt. Die Ausgänge des Zählers Z gelangen auf eine Decoderschaltung D (z.B. der Type 74/54 Texas Instruments), die auf seine Ausgänge 1 bis 6 in zyklischer Reihenfolge jeweils eine Impuls legt, sobald ein Kommutierrungsimpuls K an den Eingang des Zählers Z gelangt. Die Ausgänge 1 bis 6 der Decoderschaltung D sind über Inverter- stufen 11 bis 16 und über Oder-Gatter 01 bis 06 derart verknüpft, daß deren Ausgänge Schalter S1 bis S6 in der Weise steuern, daß die erforderlichen Ströme in den Strängen
LAB, LBC und LCA fliessen. In Figur 2 ist ein Diagramm aufgezeichnet, in welchem die zeitliche Zuordnung der Spannungen zueinander an den Punkten A, 3 und C hervorgeht. In Figur 2a ist die vom Sensor S abgegebene Impulsreihe während der Dauer einer Umdrehung des Rotors R aufgetragen. Sie besteht aus 24 KommutierungsimpuIsen K, die 24 Takte bilden. Ein Impuls K' der Impulsreihe dient zur Bildung des KopfumschaItimpulses KU nach Fig. 2b, z.B. mit Hilfe monostabilen Kippschaltung MF.
Die Impulse nach Fig. 2c bis 2h zeigen d'i e durch die Inverter 11 bis 16 invertierten Ausgangssignale der Decoderausgänge 1 bis 6. In den Reihen Fig. 2i, k und l sind die sich an den in Fig. 1 mit A, B und C gekennzeichneten Punkten ergebenden Spannungen angegeben.
Beim ersten Takt wird der Ausgang A durch Schliessen des
Schalters S1 auf positives Potential gelegt und Ausgang
C durch Schliessen des Schalters S4 mit Bezugspotential verbunden, so daß ein Strom IAB fliesst. Im zweiten Takt fließt der Strom IAC durch Schliessen der Schalter S1 und S6. Durch zyklisches Wei terscha It en der Ausgänge 3 bis 6 fliessen entsprechend die Ströme IBCm IBA un d ICB, worauf die Sequenz 1 bis 6 wiederholt wird. Die Schalter S1 bis S6 sind der Einfachheit wegen als mechanische Schalter dargestellt. Es handelt sich bei diesen selbstverständlich um elektronische Schalter wie z.B. Transistoren oder um geschaltete Stromquellen.
Nun kann es vorkommen, daß der Zähler trotz korrekter Drehrichtung des Motors einen Takt zu früh oder zu spät zurückgesetzt wird. Dadurch werden nicht die richtigen
Stränge L AB, LBC oder LCA mit Strom beaufschlagt, so daß sich kein optimales Drehmoment ausbilden kann. In Fig. 3 ist dargestellt, wie sich eine solche ungünstige Rücksetzung des Zählers auswirkt. An den Ausgängen 1 ' bis 6' der Inverterstufen 11 bis 16 liegen dann Impulse nach Fig. 3b bis 3g in Bezug auf die Impulse nach Fig. 3a um einen Takt verschoben. Es ergeben sich dadurch an den Punkten A, B und C der Schaltung nach Fig. 1 nicht die für ein optimales Drehmoment erforderlichen zeitlichen Ansteuerspannungen nach Fig. 3h bis 3k.
In Figur 4 ist dargestellt, wie sich diö Erfindung auswirkt.
Zum Zeitpunkt to beginnt sich der Motor zu drehen, so daß die erste am Sensor S vorbeilaufende Marke M einen ersten KommutierungsimpuIs K abgibt, der den Zähler Z weiterschaltet, die Ausgangssignale 1' bis 6' an den Invertern 11 bis 16 sind in Fig. 4b bis 4g aufgetragen. Bis zum Zeitpunkt t1 ergeben sich die gleichen Verhältnisse wie diejenigen nach Fig. 3. Ab Zeitpunkt t1 wird der Zähler Z zwangsläufig zurückgesetzt, so daß die zunächst ungeeignete Ansteuerung nach Fig. 4a, 4i und 4k ab diesem Zeitpunkt in die gewünschte übergeht. Dieser Zustand wird nach maximal einer Umdrehung des Motors erreicht.
In Figur 5 sind drei verschiedene Möglichkeiten der Anordnung der zusätzlichen Marke M' dargestellt. In Figur 5a ist die besondere Marke M' identisch mit der Marke zur Erzeugung der KopfumschaItimpuIse. In Figur 5b ist die besondere Marke M' in einer zweiten Reihe ausserhalb der Kommutierungsmarken M angeordnet. Die besondere Marke M' kann auch zwischen den Kommutierungsmarken M liegen, wie dies in Figur 5c angedeutet ist. In diesem Fall dient sie zur Erzeugung eines Vorbereitungssignals für die Rücksetzung des Zählers Z, die von einem zeitlichen nachfolgenden KommutierungsimpuIs vorgenommen wird. Es ist auch möglich nur einen Tei l der Marken M zur Kommutierung des Motors heranzuziehen.

Claims

Patentansprüche
1. SchaItungsanordnung zur elektronischen Kommutierung eines mehrsträngigen Gleichstommotors mit N auf dem Umfang seines Rotors angeordneten zur Kommutierung dienenden Marken, die im Zusammenwirken mit einem Sensor die Kommutierungsimpulse zur Ansteuerung der Stränge des Motors liefern, indem die vom Sensor gelieferten Impulse einen Zähler weiterschalten, dessen Ausgänge Schalter ansteueren, welche die Stränge auf ein Betriebsoder ein Bezugspotential schalten, wobei der Zähler nach K Impulsen sich selbst zurücksetzt und K ein ganzzahliger Teiler der Zahl N ist, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t, daß eine besondere Marke (M') vorgesehen ist, die den Zähler Z extern zurücksetzt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die besondere Marke (M') ausserhalb der zur Kommutierung dienenden Marken (M) angeordnet ist.
3. SehaItungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Winkellage der besonderen Marke (M') mit der Winkellage einer der N Marken (M) übereinstimmt.
4. SehaItungsanordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die besondere Marke (M') an beliebiger Stelle in Bezug auf die N Marken (M) angeordnet ist, und zur Vorbereitung des zusätzlichen Rücksetzimpulses dient, der durch die nächst-folgende der N Marken (M) erzeugt wird.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mehrere besondere Marken (M') am Umfang des Rotors (R) angeordnet sind.
6. SchaItungsanordnung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die besondere Marke (M') mit einer der N Marken (M) identisch ist, wobei die Marke (M') sich durch ihre Abmessungen von den übrigen N-1 Marken (M) unterscheidet.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die besondere Marke (M') mit einer der N Marken (M) identisch ist, wobei sich die besondere Marke (M') durch ihre Lichtdurchlässigkeit von den übrigen N-1 Marken (M) unterscheidet.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die besondere Marke (M') mit einer der N Marken (M) identisch ist, wobei sich die besondere Marke (M') durch ihren Reflexionsfaktor von den übrigen N-1 Marken (M) unterscheidet.
9. SehaItungsanordnung nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Gleichstrommotor den Kopftrommel motor eines Videorecorders bildet.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß von .der besonderen Marke (M') das KopfumschaIt signal (KU) abgeleitet wird.
EP87905746A 1986-09-05 1987-09-02 Schaltungsanordnung zur elektronischen kommutierung eines gleichstrommotors Pending EP0279839A1 (de)

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