NL8100925A - Schakeling voor regeling van het door een gelijkstroommotor geleverde koppel. - Google Patents

Description

L 7 C/Ca/èh/1230

Schakeling voor regeling van het doorheen gelijkstroommotor geleverde koppel.

De uitvinding heeft betrekking op een schakeling voor regeling van het door een gelijkstroommotor geleverde koppel, en meer in het bijzonder op een dergelijke schakeling voor lineaire regeling van het door een gelijkstroommotor 5 van het borstelloze type geleverde koppel.

Figuur 1 van de bijbehorende tekening toont het principeschema van de bekrachtiging van een borstelloze gelijkstroommotor van bekend type.

Daarbij zijn de statorwikkelingen L^, L2 en Lg 10 van de motor over een hoek van 120° ten opzichte van elkaar verschoven aangebracht. De motor bevat voorts een rotor Rfc, welke als permanente magneet is uitgevoerd; aan de rotor Rt zijn drie detectie-inrichtingen , H2 en Hg toegevoegd, welke bijvoorbeeld van het type met Hall-effect kunnen zijn. Deze 15 detectie-inrichtingen zijn eveneens over een hoek van 120° ten opzichte van elkaar verschoven tegenover de rotor Rfc aangebracht en dienen voor detectie van de rotatiefase van de rotor. De uitgangssignalen van de detectie-inrichtingen H^-Hg worden toegevoerd aan een als logische besturings- of 20 regelschakeling dienende schakeleenheid A^, welke de cirkel-sequentiële schakelwerking van zes transistoren Qj-Qg bestuurt.

Deze besturing is zodanig, dat de statorwikkelingen L-j-Lg respectiévelijke bekrachtigingsimpulsen V-^-Vg volgens figuur 2A krijgen toegevoerd, in welk geval de rotor Rr een 25 rotatie in "voorwaartsé’ richting uitvoert. Daarbij worden in de statorwikkelingen L^-Lg respectievelijk de electro-motorische tegenkrachten (spanningen) E^-Eg volgens figuur 2B opgewekt. Wanneer het signaalniveau aan een aansluiting van de regelschakeling A1 verandert, wordt aan de statorwikkeling 30 Lg'de bekrachtigingsimpuls V2 toegevoerd, terwijl aan de statorwikkeling L„ de bekrachtigingsimpuls V wordt toegevoerd, ^ 3 zodanig, dat de motor in "teruggaande" richting zal roteren.

Bij toepassing van een motor van het zojuist beschreven type voor het teweeg brengen van een versnelling en/of vertraging binnen een ruim gebied van rotatiesnelheden, bij- 35 8100925 λ t - 2 - voorbeeld van 1000 omwentelingen per minuut in voorwaartse richting naar 1000 omwentelingen per minuut in teruggaande richting, of bij toepassing van de motor voor het onder een mechanische spanning houden van de magneetband of voor het 5 versnellen en/of vertragen van het bandtransport bij een video· bandapparaat, dient zowel tijdens de bekrachtiging of aandrijving als tijdens de remming -lineaire .regeling van het door de motor geleverde koppel plaats te vinden.

Bij een bekrachtigingsschakeling van gebruikelijk 10' type volgens figuur 1 is hét echter onmogelijk om het door de mötor geleverde koppel vollëdig waardegetrouw te regelen. Indien de transistoren Q1”Qg in verband met hun éénrichtings-werking als diodes worden beschouwd, krijgt het equivalente vervangingsschema van deze transistoren tijdens bekrachtiging 15 de gedaante volgens figuur 3 en tijdens remming de gedaante t volgens figuur 4, waarbij Rn de weerstandswaarde van een statorwikkeling L vertegenwoordigt, I de stroom door een dergelijke wikkeling is en VQ de voedingsspanning is. Tijdens remming (zie figuur 4) zal, zelfs hoewel V » 0, de stroom I 20 in de voor vorming van de electromotorische tegenkracht (spanning) En noodzakelijke mate vloeien, waaruit een met deze stroom I overeenkomend remkoppel resulteert, dit wil zeggen, dat het geleverde koppel niet op de gewenste wijze kan worden geregeld.

25 De uitvinding beoogt, hierin verbetering te brengen en een verbeterde schakeling voor regeling van het door een gelijkstroommotor geleverde koppeling te verschaffen.

Voorts stelt de uitvinding zich ten doel, een nieuw type schakeling voor regeling van het door een gelijk-30 stroommotor van het borstelloze type geleverde koppel te verschaffen.

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een schakeling voor koppelregeling van een borstelloze gelijkstroommotor onder verminderd energieverlies.

Daartoe dient volgens de uitvinding in serie met een borstelloze gelijkstroommotor een variabele schakeling voor levering van een constante stroom te zijn opgenomen, 8100925 35 4 4 - 3 - waarbij het door de motor geleverde koppel, met inbegrip van het reinkoppel, wordt bepaald door de sterkte van de door de variabele schakeling geleverde, constante stroom.

Voor dynamische levering van een zo gering mogelijke 5 instelspanning aan de met de motorwikkelingen in serie geschakelde, variabele schakeling voor levering van een constante stroom dient een voedingsspanningsregellus.

Als speciale uitvoeringsvorm verschaft de uitvinding een schakeling voor koppelregeling van de haspel-10 aandrijf motor van een bandopneeminrichting, zoals een video-bandapparaat.

De uitvinding zal worden verduidelijkt in de nu volgende beschrijving aan de hand van de bijbehorende tekening van enige uitvoeringsvormen, waartoe de uitvinding zich 15 echter niet beperkt. In de tekening tonen: figuur 1 het schema van een bekrachtigingsschakeling van bekend type voor een borstelloze gelijkstroommotor, figuur 2A en 2B enige golfvormen ter verduidelijking van de werking van de bekrachtigingsschakeling volgens figuur 1, 20 figuur 3 en 4 equivalente vervaningsschema's van de bekrachtigingsschakeling volgens figuur 1 tijdens respectievelijk bekrachtiging en afremming, figuur 5 een schema van een bekrachtigingsregel-schakeling volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding, 25 figuur 6-8 schema's van bekrachtigingsregelscha- kelingen volgens andere uitvoeringsvormen van de uitvinding, figuur 9 en 10 schema's van respectievelijk met de uitvoeringsvormen volgens de figuren 5 en 7 overeenkomende, practische uitvoeringsvormen van de bekrachtigingsregel-30 schakeling volgens de uitvinding, figuur 11 een schema van een nog meer practische uitvoeringsvorm van een bekrachtigingsregelschakeling volgens de uitvinding, figuur 12A, 12B en 12C enige spannings/koppel-35 karakteristieken ter verduidelijking van de werking van de uitvoeringsvorm volgens figuur 11, en figuur 13 en figuur 14 schema's van aanvullende 8100925 - 4- deelschakelingen van de schakeling volgens figuur 11.

10 15 20 25 30

Bij de in figuur 5 weergegeven bekrachtigingsregel-of koppelregelschakeling volgens de uitvinding is tussen een voedingsspanningsaansluiting T2 van de gelijkspanningspoten-tiaal enerzijds en aarde anderzijds een seriestroomkring opgenomen, welke de emitter-collectorstroomkring van een transistor Qj, de diodes en P4, de emitter-collector-stroomkring van een transistor en een variabele schakeling ;van het "current-sink"-type, welke' een constante stroom levert, omvat. Parallel aan de door de transistor Q^, de diodes en D4 en de transistor Q4 gevormde seriestroomkring is een seriestroomkring geschakeld, welke een transistor Q2, de diodes D2 en Dg en een transistor Qg bevat, benevens een seriestroomkring, welke een transistor Q3, de diodes D3 en Dg en een transistor Qg bevat. Bovendien zijn met de respectievelijke verbindingspunten van de diodes Di en D^, de diodes D2 en Dg en de diodes Dg en Dg de statorwikkelingen Lj-Lg van de motor verbonden. De variabele schakeling A2 voor levering van een constante stroom krijgt via een aansluiting T3 een regelsignaal voor regeling van de afgegeven stroomt waarde toegevoerd.

Bij een dergelijke schakeling worden de door de statorwikkelingen L^-Lg vloeiende stromen I^-Ig in volgorde of sequentieel geabsorbeerd door de, een constante stroom voerende schakeling A2, zodanig, dat deze statorwikkelings-stromen door middel van de schakeling A2 kunnen worden geregeld, Dit wil zeggen, dat het door de motor geleverde koppel zonder beperkingen en op lineaire wijze kan worden geregeld door regeling van de, een constante stroom voerende schakeling A2·

Daarbij dienen de diodes D^-Dg voor beveiliging van de transistoren A^-Ag tegen spanningsdoorslag van de basis-emitterovergang.

Bij de in figuur 6 weergegeven uitvoeringsvorm is de schakeling A2, welke aan het "warme" einde van de motor-bekrachtigingswikkelingen is aangesloten, van het stroombron-type.

Bij de schakeling volgens figuur 7 staan de transis- 35 8100925 - 5 .- toren Q^-Qg onder een zodanige instelspanning, dat zij .in klasse A werken en zowel als schakelinrichting als als bron A2 van constante stroom functioneren. Daarbij functioneert de schakeling A^ voor besturing van de geleidingstoestand 5 van de transistoren Q^j-Q.^, terwijl de motorstroom In wordt gedetecteerd door middel van een weerstand Rq; de over deze weerstand verschijnende spanning wordt toegevoerd aan een vergelijkingsschakeling A3 voor vergelijking met de via de aansluiting 3 toegevoerde regelsignaalspanning. Het ver-10 gelijkingsuitgangssignaal van de vergelijkingsschakeling A3 wordt via de transistoren Q11“Q13 aan transistorèn Q^-Qg toegevoerd, zodanig, dat deze als een constante stroom voerende schakeling A2 werken.

Bij deze uitvoeringsvorm vervullen de transistoren 15 Q4-Q6 derhalve de functie van een schakelinrichting, zodanig, dat een schakeling resulteert, welke een constante stroom voert; dit heeft tot gevolg, dat de kosten van de schakeling in zijn geheel worden verlaagd. De transistoren Q^-Qg werken slechts gedurende een derde van de tijd als een constante 20 stroom voerende schakeling, zodat iedere transistor betrekkelijk weinig warmte opwekt, respectievelijk uitstraalt.

Bij de uitvoeringsvorm volgens figuur 8 komen de transistoren overeen met de transistoren Q^-Qg van de uitvoeringsvorm volgens figuur 7, zodanig, dat zij niet alleen 25 als een constante stroom voerende schakeling, doch tevens als schakeleenheid werken.

Figuur 9 toont een practische uitvoeringsvorm van een schakeling volgens figuur 5. Daarbij zijn de transistoren Ql“Qg ieder in een schakeling volgens Darlington opgenomen, 30 terwijl de, een constante stroom voerende schakeling A2 bestaat uit een operationele versterker Aq, een uitgangs-transistor Qq en een stroomdetectieweerstand Rq. Indien de aan de aansluiting T3 toegevoerde regelspanning verandert, zal de collectorstroom van de transistor Qq veranderen, zo-35 danig, dat het door de motor geleverde koppel met de regelspanning kan worden gevarieerd.

De transistoren Q^-Qg en Q^-Q^ vormen daarbij via hun emitter bestuurde of geregelde buffertransistoren met schakel- 8100925 6 werking.

Figuur 10 toont een practische uitvoeringsvorm van de schakeling volgens figuur 7. Daarbij bestaat de verge-lijkingsschakeling A^ uit de operationele versterker Aq en 5 de stroomdetectieweerstand Rq.

Figuur 11 toont’.een nog meer practische uitvoe-. « ringsvorm, welke in het bijzonder is bestemd voor bekrachtiging en koppelregeling van de haspelaandrijfmotor van een videobandapparaat. Bij de uitvoeringsvorm volgens figuur 11 10 vindt tevens dynamische regeling van de aan de aandrijfmotor geleverde bekrachtigingsspanning plaats. Aangezien bij de in serieschakeling met de gelijkstroommotor opgenomen, een constante stroom voerende schakeling A2 de collector-emitter-stroomkring van een transistor wordt' gebruikt voor vorming 15 van een constante stroom, zal tenminste de over de collector-emitterovergang optredende spanningsval VcE een energieverlies veroorzaken, dat wordt bepaald door het produkt van deze spanningsval V E en de door de motor gevoerde stroom. Teneinde dit energieverlies op een zo gering mogelijke waarde 20 te brengen, wordt bij de schakeling volgens figuur 11 gebruik gemaakt van een aanvullende deelschakeling volgens figuur 13 of figuur 14.

Bij de deelschakeling volgens figuur 13 vindt toepassing plaats van een operationele versterker A^, welke 25 aan zijn niet-omkeeringangsaansluiting een uit de spanningsbron VQ afkomstige referentiespanning Vr krijgt toegevoerd.

De motor M en de, een constante stroom voerende schakeling A2 zijn in serieschakeling tussen de uitgangsaansluiting van de operationele versterker A^ en aarde opgenomen, waarbij het 30 verbindingspunt van de motor M en de schakeling A2 met de omkeeringangsaansluiting van de versterker A^ is verbonden.

Bij een dergelijke schakeling wordt de sterkte van de door de motor M vloeiende stroom bepaald door de schakeling A2, zodat het door de motor M geleverde koppel vrij kan worden geregeld door de via de aansluiting T^ toegevoerde regel-spanning. Daarbij wordt de over de, een constante stroom voerende schakeling A2 optredende spanningsval VcE door de 8100925 35 - 7 - operationele versterker Ay vergeleken met de referentiespan-ning Vr; het daarbij verkregen vergelijkingsuitgangssignaal wordt aan de motor M toegevoerd, waaruit resulteert V^.p, = V . Indxen de referentiespannxng Vr op de voor werking 5 van een, een constante stroom voerende transistor noodzakelijke minimumwaarde kan worden gehouden, kan de genoemde spanningsval Vcg klein worden gehouden, terwijl de, een constante stroom voerende transistor toch in zijn normale bedrijfstoestand wordt gehouden. De toevoeging van de hier IQ beschreven deelschakeling maakt derhalve onbelemmerde koppel-regeling van de gelijkstroommotor mogelijk en leidt tot een vermindering van het optredende energieverlies.

Bij de uitvoeringsvorm volgens figuur 14 is tussen de uitgangsaansluxting van de operationele versterker Ay en 15 de motor M een opteller Ad opgenomen, waaraan tevens via een weerstand Rm de via de aansluiting T^ toegevoerde regelspanning wordt toegevoerd. De waarde van de weerstand Rm is daarbij gelijk aan de gelijkstroomweerstandswaarde van de motor M gekozen. Dit wil zeggen, dat compensatie voor deze gelijk-20 stroomweerstandswaarde van de motor M door de weerstand Rm wordt verkregen, zodat de via de aansluiting toegevoerde regelspanning een regeling binnen ruime grenzen van het door de motor M geleverde koppel mogelijk maakt.

Ter verkrijging van een dergelijke werking bij de 25 schakeling volgens figuur 11 dient de operationele versterker

Ay benevens een regellus met de diodes Dy, Dg en Dg. De bedrijfs spanningen voor de transistoren Q^-Qg worden daarbij teruggekoppeld naar de operationele versterker Ay, zodanig, dat aan de motorbekrachtigingsschakeling de vereiste minimale span-30 ning wordt toegevoerd.

Aan de schakeling volgens figuur 11 zijn voorts een vergelijkingsschakeling Ag, een operationele versterker A^ en een schakeleenheid Ag voor regeling in beide aandrijf-richtingen toegevoegd. Via de aansluiting Tg wordt een regel-35 spanning toegevoerd, waarvan de polariteit en het niveau met het gewenste koppel variëren, zoals in figuur 12A met een volle lijn is weergegeven; deze regelspanning wordt aan de 8100925 - 8 - operationele versterker A^ toegevoerd ter verkrijging van een regelspanning, welke op complementaire wijze met de oorspronkelijke regelspanning varieert, zoals in figuur 12A met een gebroken lijn is weergegeven. De beide regelspan-5 ningen worden aan de schakeleenheid A,. toegevoerd. De via de aansluiting ontvangen regelspanning wordt bovendien toegevoerd aan een vergelijkingsschakeling Ag voor omzetting in een signaal, waarvan het niveau met de koppelrichting varieert, zoals figuur 12B laat zien; dit laatstgenoemde 10 signaal wordt als stuursignaal aan de schakeleenheid A^ toegevoerd, zodat door de schakeleenheid A^ een gelijkspanning wordt af gegeven, waarvan het niveau overeenkomt met de absolute koppelwaarde, zoals figuur 12C laat zien. Deze gelijkspanning wordt voor motorkoppelrégeling aan de operationele 15 versterker A3 toegevoerd.

De uitgangsspanning van de vergelijkingsschakeling Ag wordt voorts als signaal voor regeling van de rotatie-koppelrichting aan de aansluiting Tj toegevoerd.

De operationele versterker A^ regelt de motor-20 bekrachtigingsspanning op de aan de hand van figuur 12 beschreven wijze zodanig, dat een motorbekrachtigingsrègel-schakeling wordt verkregen, welke een hoog rendement heeft.

De uitvinding beperkt zich niet tot de in het voorgaande beschreven en in de tekening weergegeven uitvoerings-25 vormen; verschillende wijzigingen kunnen in de beschreven componenten en in hun onderlinge samenhang worden aangebracht, zonder dat daarbij het kader van de uitvinding wordt overschreden.

8100925

Claims (6)

1. Schakeling voor regeling van het door een gelijks troommotor geleverde koppel, omvattende: A) een eerste voedingsaansluiting, B) een tweede voedingsaansluiting, en

5 C) tussen de eerste en de tweede voedingsaanslui- ting opgenomen motorbekrachtigingswikkelingen, gekenmerkt door: D) een tussen de motorbekrachtigingswikkelingen en de ene van beide voedingsaansluitingen opgenomen, regelbare schakeling voor levering van een constante stroom, zodanig, 10 dat het door de gelijkstroommotor geleverde rotatiekoppel op basis van een aan de regelbare schakeling toegevoerde regelsignaal wordt gevarieerd. , 2. Schakeling volgens conclusie 1, gekenmerkt door: E) een met de regelbare schakeling voor levering 15 van een constante stroom gekoppelde detectieschakeling voor detectie van een over de regelbare schakeling optredende spanningsval, en door F) een met de detectieschakeling gekoppelde voedings-regelschakeling voor regeling van de over de beide voedings- 20 aansluitingen optredende voedingsspanning op een bepaalde waarde.

3. Schakeling volgens conclusie 1, waarbij de gelijkstroommotor van het borstelloze type met een aantal be-krachtigingswikkelingen en rotatiepos.itie- of -fasedetectoren 25 is, gekenmerkt door ' . aan de bekrachtigingswikkelingen toe gevoegde schakeleenheden, welke door de uitgangssignalen van de rotatiepositiedetectoren worden bekrachtigd voor rotatie in voorwaartse, respectievelijk in teruggaande richting van de gelijkstroommotor.

4. Schakeling volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de schakeleenheden steeds bestaan uit een tweetal met elkaar in serie geschakelde schakeleenheden, waarbij de respectievelijk bijbehorende motorbekrachtigingswikkeling met het verbindingspunt van de beide schakeleenheden van een 35 serieschakeling is gekoppeld. 8100925

5. Schakeling volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat één van beide schakeleenheden van een in serie geschakeld paar onder een zodanige instelspanning staat, dat hij als regelbare schakeling voor levering van een constante stroom 5 werkt.

6. Schakeling volgens conclusie 5, gekenmerkt door': E) een met het verbindingspunt' gekoppelde detectie- schakeling voor detectie van een over ëên van beide schakeleenheden optredende spanningsval, en door 10.· F) een met de detectieschakeling gekoppelde voe- dingsregelschakeling voor regeling van de over de beide voedingsaansluitingen optredende voedingsspanning op een bepaalde waarde. 8100925