DE2156389A1

DE2156389A1 - Gleichstrom-Synchron-Motor mit Steuereinrichtung

Info

Publication number: DE2156389A1
Application number: DE19712156389
Authority: DE
Inventors: Toshikazu Tokio Ichiyanagi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1970-11-14
Filing date: 1971-11-12
Publication date: 1972-05-18
Also published as: US3783357A; DE2156389B2; JPS5128322B1

Description

DI P L.-1 N G. A. G R Ü N ECKER

DR.-ING. H. KiNKELDEV

DR.-ING. W. STOCKMAIR₁ Ae. E.

PATENTANWÄLTE

cn- ^ technj

6000 ■ .UNCHEN 22 iv'iuAirniÜa.'istraßs Telefon 2971 CD 129 67 Telegramme Moropaf München Tulex05-2S3S0

Wov: I97f

CAUON EABUSHIKl KAISHA

30-2, 3-chonie Shimomaruko, 0hta-Ku T ο k i ο / Jap an

Gleichstrom-Synchron-Motor mit Steuereinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstrom-Synehron-Motor mit einer Steuereinrichtung, mit der Erregerströme an im Stator des Notors angeordnete Feldwicklungen in Abhängigkeit der erfaßten Drehstellung eines Eotors zuführbar oder absöhaltbar sind, wodurch der Magnete aufweisende Rotor drehbar ist, wobei der Motor außerdem synchron einem dem Motorextern zugeführten Synchronisiersignal gesteuert ist.

Bei den bekannten Gleichstrom-Motoren kann zwar ein relativ großes Anlaufdrehmoment erreicht v/erden, jedoch ändert sich ihre Drehzahl mit einer Änderung ihrer Belastung« Andererseits sind bei den bekannten Synchron-Motoren die festen und synchronen Geschwindigkeitseigenschaften ausgezeichnet, jedoch tritt kein AnIaufdrehmoment auf, so daß diese nicht selbst anlaufen können. Diese Probleme der

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Gleichstrom- und Synchron-Motoren wurden bis zu einem gewissen Maße von den. bekannten Induktionsmotoreii gelöst, jedoch sind deren Anlaufdrehmoment und ihre synchronen Caschwindigkeitseigenschaften nicht befriedigend. Außerdem wird die Drehzahl durch den auftretenden Schlupf verringert. Es besteht daher ein erheblicher Bedarf an einem elektrischen Motor, der sowohl ein ausreichendes Anlaufdrehmoment als auch stabile und feste Synchrori-Geschwindigkeitseigenschaften aufweist.

Bisher gibt es ein erstes Verfahren, bei dem die Synchronsignale von einer Synchronisiereinrichtung außerhalb des Gleichstrom-Motors diesem zugeführt werden, so daß sich der Rotor synchron zu diesen Synchronisiersignalen drehen kann, nachdem die Rotordrehzahl einen bestimmten Wert erreicht hat. Ferner gibt es ein zweites Verfahren, bei dem eine besondere Starteinrichtung zum Anlauf eines Synchron-Motors vorgesehen ist. Bei beiden Verfahren sind die Anordnungen gewöhnlich aufwendig und ein automatischer Betrieb ist praktisch unmöglich, da Eingriffe erforderlich sind, um die Motoren anlaufen zu lassen oder aber einen Gleichstrom-Motor in die Betriebsweise eines Synchron-Motors umzuschalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Gleichstrom-Synchron-Motor zu schaffen, der die Nachteile der bekannten Gleichstrom- und Synchron-Motoren nicht mehr aufweist, sondern sowohl über ausreichende Anlaufeigenschaften eines Gleichstrommotors als auch feste Synchroneigenschaften eines Synchronmotors verfügt. Die an die Feldv/icklungen des Motors gegebenen Erregerströme sollen dabei in Abhängigkeit der or-

BADORiGINAL

faßten Drehstellung des Rotors ohne die bisher benutzten Bürsten und Komutatoren umgeschaltet werden, so daß die mechanische Abnutzung und der Verschleiß dieser Bauelemente vermieden und damit die Lebensdauer des Motors erhöht wird.

Bei einem G-leichstrom-Synchron-Motor der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Referenzoszillator zur Erzeugung des den Motor synchron antreibenden Signals vorgesehen ist, daß , ein die Drehzahl oder Drehstellung des Rotors erfassender Detektor vorgesehen ist, mit dem die den dem Motor zugeführten Erregerstrom steuernden Signale erzeugbar sind, daß die Steuereinrichtung eine sowohl mit dem Referenzoszillator als auch dem Detektor verbundene Schalteinrichtung aufweist, die entsprechend der vom Referenzoszillator und dem Detektor abgegebenen Signale betätigbar ist, so daß der Erregerstrom des Motors derart gesteuert ist, daß dieser bis zum Erreichen einer vorbestimmten Drehzahl als ein das Anlaufdrehmoment aufbringender Gleichstrommotor wirkt und bei dieser vorbestimmten Drehzahl synchron mit den Signalen des Referenzoszillators läuft.

Bei dem neuen erfindungsgemäßen Motor wird die Zuführung der Erregerströme an die Feldwicklungen seines Stators durch eine Transistoren oder andere Halbleiter benutzende Schalteinrichtung vorgenommen. Die Erregerströme werden dabei synchron mit einem der Signale des Referenzoszillators und des Detektors den Feldwicklungen zugeführt und in Abhängigkeit des jeweils anderen Signales wieder unterbrochen.

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Die Steuereinrichtung des erfindungsgemäßen Motors ermöglicht dabei automatisch bei seinem Anlauf ein großes Anlauf-Drehmoment eines Gleichstrom-Motors und feste und synchrone Geschwindigkeitseigenschaften eines Synchronmotors, wenn dieser mit konstanter Drehzahl läuft.

Gemäß weiterer Ausgestaltungen der Erfindung weist die Steuereinrichtung eine Flip-Flop-Schaltung oder einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler auf.

{ Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben

sich aus der nachfolgenden Beispielsbeschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips, insbesondere des Zusammenwirkens eines Referenzoszillators und einer Steuereinrichtung, die mit einem Gleichstrom-Synchron-Mqtor verbunden sind,

P Fig. 2 eine Darstellung einer Drehmoment-Drehzahl-Kurve des

erfindungsgemäßen Gleichstrom-Synchron-Motors,

Fig. 3 ein Stromlaufplan eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Gleichstrom-Synchron-Motors,

Fig. 4· ein die einzelnen Signale an verschiedenen Schalt-

punkten der in Fig. 3 dargestellten Schaltung angebendes Impulsdiagramm,

Fig. 5 eine Darstellung des Drehzahlverhaltens des in Fig.3 dargestellten erfindungsgemäßen Gleichstrom-Synchron-Motors,

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Fig. 6 ein Stromlauf plan einer zweiten Ausführungsforii dös erfindungsgemäßen Gleichstrom-Synchron-Motors,

Fig. 7 ©in die an unterschiedlichen Punkten der in Fig.6 dargestellten Schaltung auftretenden Signale angebendes Impulsdiagramm,

Pig. 8 eine die Drehzahleigenschaften des in Fig. 6 dargestellten erfindungsgemäßen Motors angebende Darstellung, und

Fig. 9 den Stromlaufplan eines dritten Ausfuhrungsbeispiels der Erfindung, die eine Modifikation des in Fig. 6 . dargestellten Ausführungsbeispiels darstellt. j

In Verbindung mit Fig. 1 wird zuerst das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip beschrieben. Das Antriebssystem nach der Erfindung weist allgemein einen Referenzoszillator A, eine Steuereinrichtung B zur Steuerung der Drehzahl des elektrischen Motors und eine Motoreinheit C auf, die einen Stator, einen Rotor, einen Detektor zur Erfassung der Drehstellung des Rotors und in dem Stator angeordnete Feldwicklungen umfaßt. Mit Hilfe der Steuereinrichtung B wird der durch die Feldwicklungen des Motors fließende Strom in Abhängigkeit eines der Signale des Referenzoszillators A und des Detektors der Motoreinheit C eingeschaltet und in Abhängigkeit des jeweils anderen Signals unterbrochen.

Die Drehmoment-Drehzahl-Kurve des Gleichstrom-Synchron-Motors, der in der erfindungsgemäßen, beschriebenen Weise ausgebildet ist, ist in Fig. 2 dargestellt, wobei das Drehmoment auf der Abzisse und die Drehzahl auf der Ordinate aufgetragen sind. Wächst die Drehzahl des Gleichstrom-Motors

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von 0 bis zu einem vorbestimmten Vert Ho, ändert sich das Drehmoment von dem Anlaufdrehmoment / _Q auf Ί ._R · Während dieses Zeitraumes wirkt der Gleichstrom-Synchron-Motor als Gleichstrom-Motor. Nachdem die Drehzahl den vorbestimmten Wert No erreicht hat, wird die Drehzahl des Motors im wesentlichen auf der Größe des Wertes No beibehalten, selbst wenn sich das Drehmoment infolge eines Lastwechsels ändert. Während dieses Betriebsbereiches fc arbeitet der Gleichstrom-Synchron-Motor daher als Synchron Motor.

Eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Motors, der ein solches Drehmoment-Drehzahl-Verhalten zeigt, wird in Verbindung mit Fig. 3 erläutert.

Ein Referenzoszillator 1 erzeugt eine elektrische Impulsfolge vorbestimmter Frequenz, die an einen Ringzähler 2 gegeben wird, der diese Impulsfolge in einer vorbestimmten Phasenbeziehung zueinander, bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel in drei Phasen, an Flip-Flop-Schaltungen 3*4- und 5 herkömmlicher Bauart gibt. ™ Diese Flip-Flop-Schaltungen 3*4- und 5 werden entsprechend der Ausgangssignale des Ringzählers 2 und der Ausgangssignale von einem Detektor zur Erfassung der jeweiligen Drehstellung des Rotors gesteuert, der später näher erläutert wird. Ein aus einem Permanentmagnet gebildeter Rotor 6 hat in dem hier gezeigten Beispiel ziwei Pole, kann selbstverständlich aber auch beliebig viele Pole haben. Der Einfachheit halber sind nur drei Feldwicklungen 7i8 und 9 dargestellt, wobei Jedoch, wenn erforder-

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lieh, Jede geeignete Anzahl an Feldwicklungen benutzt werden kann. Drei Detektorelemente 10,11 und 12 zur Erfassung der Drehstellung des Rotors 6 sind vorgesehen und können z.B. herkömmliche Detektorelemente, wie Hall-Generatoren, Spulen, optische Aufnehmer oder ähnliche Bauteile sein. UND-Glieder 13»14- und 15 führen logische Verknüpfungen in Abhängigkeit der Ausgangssignale der Flip-Flop-Schaltungen 3»4- und 5 und der Detektorelemente 10,11 und 12 durch. Kondensatoren 16,17 und 18 und Widerstände 22,23 und 24 bilden jeweils Differenzierglieder, dessen Ausgangssignale über Dioden 19»20 und 21 gleich- { gerichtet werden, bevor sie an die jeweiligen Flip-Flop-Schaltungen 3*4- und 5 gegeben werden.

Im folgenden wird in Verbindung mit Fig. 4-, in der die an verschiedenen Punkten der in Fig. 3 gezeigten Schaltung auftetenden Signale dargestellt sind, die Funktionsweise des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung erläutert. Die von dem Referenzoszillator 1 abgegebene und eine vorbestimmte Folgefrequenz aufweisende Impulsfolge v_Q wird an den Ringzähler 2 gegeben, der wiederum Ausgangssignale v. ,Vp und v, abgibt, die, wie aus Fig. 4- zu erkennen ist, gegenseitig phasenverschoben sind,und an die Flip-Flop-Schaltungen 3»4- und 5 gelangen, um diese zu setzen. Die Flip-Flop-Schaltungen 3i^ und 5 werden in Abhängigkeit der negativen Impulssignale zurückgesetzt, die durch die von den Differenziergliedern 19,20 und 21 differenzierten Ausgangssignale der Detektorelemente 10, 11 und 12 gegeben sind. Die Form des von dem Detektor-

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element 10 abgegebenen Signals ist als Signal v^ dargestellt, wobei die Positiv-Negativ-Zeitintervalle mit dem Anwachsen der Drehzahl des Motors kleiner werden. Das Signal v^ wird durch das RC-Glied 22 , 16 differenziert und über die Diode 19 in das negative Impulssignal ν'^ umgewandelt, das immer dann auftritt, wenn das Impulssignal ?, abfällt. Das negative Impulssignal v¹^ wird an die Flip-Flop-Schaltung 3 gegeben, um diese zurückzusetzen, so daß dieses das an das UND-Glied 13 gegebene Signal v,-

" abgibt. Gelangen das Signal des Detektorelementes 10 und das Ausgangssignal Ve der Flip-Flop-Schaltung 3 gleich- * zeitig an das UND-Glied 13* so gibt dieses das Signal v^ an die Feldwicklung 7 ab. In ähnlicher Veise werden die Ausgangssignale Vr₇ und v_g von den UND-Gliedern 14 und 15 erzeugt und an die Feldwicklungen 9 und 8 gegeben. Die Summe der durch die Feldwicklungen 7» 8 und 9 fließenden Erregerströme hat dalier den mit v.. angegebenen Spannungsverlauf. Dabei wird das Zeitintervall, zu dem das Signal v^ einen großen Pegelwert hat, mit dem Ansteigen der Drehzahl des Rotors 6 kleiner, wenn der Motor bis zu der vorbestimmten Drehzahl No anläuft. Der zeitliche Verlauf der

Il Drehzahl ist in Fig. 5 dargestellt. Dabei erreicht die Drehzahl des Motors die vorbestimmte Drehzahl oder synchrone Drehzahl No zur Zeit T_x. und der Motor wird danach während der Zeit t ^ T. etwa auf der gleichen Geschwindigkeit gehalten. Genauer gesagt wird bei t = T^. der durch die Feldwicklungen 7» 8 und 9 fließende Strom synchron mit den vom Referenzoszillator 1 kommenden Signal eingeschaltet und synchron mit der Drehung des Rotors 6 ausgeschaltet, d.h. zu einer Zeit, wenn das Ausgangssignal jedes der Detektorelemente 10,11 und 12 abfällt, wie dieses durch das Signal v^ in Fig. 4 dargestellt ist. Auf diese Weise

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kann die Drehzahl des Motors konstant gehalten werden. Die in Pig. 5 dargestellte und zur Zeit t 5 φ auftretende Drehzahlkurve ist übertrieben dargestellt, um deutlich den Wechsel entsprechend der Einschaltung und Abschaltung des Erregerstromes zu zeigen.

In Verbindung mit Fig. 6 wird das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Ein dem in Fig. 3 dargestellten Referenzoszillator gleicher Eeferenzoszillator 1' und eine Schaltung 2¹, die einem Teil der in Fig. 3» dargestellten Steuereinrichtung 2 entspricht die einen Speisespannungsanschluß E und einen an Masse geführten Anschluß Gr, einen Eingang P zum Empfang der vom Eef erenzoszillator 1' abgegebenen Signale, einen weiteren Eingang U zum. Empfang der von einem Frequenz gen er at or G abgegebenen Signale und einen Ausgang O aufweist, sind in Fig. 6 dargestellt. Der Pegel des Ausgangssignals ν am Ausgang 0 hat Jeweils einen bestimmter Spannungswerte ν ^ , ν 2 ···» ^ντηη' ^wo^^e^ ⁿ ganze Zahl ist. Außerdem ist die Steuerschaltung so ausgebildet, daß bei Anlegen der Impulsfolge Vq an den Eingang P und bei einem Ausgangspegel von ν , , wobei 2 = k « n - 1 ist, ändert sich der Pegel der Ausgangsspannung am Ausgang 0 auf ^vm+1' ^wäh^rencL bei Anlegen eines Signalimpulses ν am Eingang U der Pegel der Spannung am Ausgang 0 von v^· auf ν (V_-* ) wechselt. Ist daher bei Eintreffen eines Eingangsimpulses ν am Eingang P das Ausgangssignal am Ausgang 0 ν ^., so ändert sich der Ausgangspegel von ν ^ auf ν λ, während bei Eintreffen eines Impulses ν an den anderen Eingang U die Ausgangsspannung am Ausgang 0 ν* bleibt. Gelangt ein Impuls ν an den Eingang P bei Vorliegen einer Ausgangsspannung von ν , so bleibt dieser unverändert, während bei Eintreffen

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eines Impulses ν an den anderen Eingang U der Pegel der Ausgangsspannung sich von ν auf ν • *ν ändert. In Abhängigkeit der Drehzahl des Motors erzeugt der Frequenzgenerator G die Impulsfolge ν . Außerdem weist das in

ε
Fig. 6 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Eotor 6 aus einem Permanentmagneten, Feldwicklungen L ,Lp und L-j, und Schalter S^₁, S₀ und S₇ herkömmlicher Bau- ψ art auf, die in Serie mit den Feldwicklungen L^, L~ und L^ geschaltet sind und während eines vorbestimmten Drehwinkels des Rotors 6 geschloseen werden können. So kann Jeder Schalter so ausgebildet sein, daß das Licht einer Lichtquelle, z.B. einer Lampe, das normalerweise ein photoelektrisches Element beaufschlagt, durch eine mit dem Rotor verbundene Blende oder ähnliches Bauteil unterbrochen wird, um das Ausgangssignal des photoelektrischen Elementes ebenfalls zu unterbrechen. Andererseits können das magnetische Feld erfassende Elemente, wie Hall-Generatoren zur Aufteilung des Stromes auf die Feldwicklungen benutzt werden. Mit dem B.ezugszeichen So ist der Schalter einer Speisequelle bezeichnet·

In Verbindung mit Fig. 7 wird die Funktionsweise des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter der Annahme erläutert, daß die Schaltung 2¹ eine Flip-Flop-Schaltung herkömmlicher Bauart aufweist, so daß der Pegel des Ausgangssignals am Ausgang O entweder v^ oder v^ ist, Wird der Schalter So geschlossen, so wird die Schaltung eingeschaltet und bei Eintreffen eines Impulses ν vom Referenzoszillator 1' am Eingang P ändert sich die Ausgangsspannung am Ausgang O der Schaltung 2' von ν y, auf

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den höheren Spannungspegel ν ο ^uw^ wird auf diesem Spannungspegel gehalten, bis das Signal ν eintrifft, wie dieses später noch nälier "beschrieben wird. Ist der Schalter S1 geschlossen, fließt der Strom durch die Feldwicklung L1, so daß sich der Rotor 6 zu drehen beginnt. Die Spannungsänderung über der Feldwicklung L. in Abhängigkeit von der Zeit ist in Fig. 7 unter ν gezeigt. Ist die Drehrichtung des Rotors 6 gegen den Uhrzeigersinn gerichtet, wird als nächstes der Schalter S2 geschlossen, so daß der Strom durch die Feldwicklung L2 fließt, um die Drehung des Rotors 6 weiterzuführen. Die Spannungsänderung über der Feldwicklung 12. in Abhängigkeit von der Zeit ist in Fig. 7 unter v^ dargestellt. Anschließend wird der Schalter S3 geschlossen, damit der Strom durch die Feldwicklung L3 fließen kann, um so die Drehung des Rotors 6 fortzusetzen. Die Spannungsänderung über der Feldwicklung L3 in Abhängigkeit von der Zeit ist in Fig. 7 unter v_c dargestellt.

In Abhängigkeit der Drehzahl des Motors erzeugt der"Frequenzgenerator G Impulse ν , die der Schaltung 2' zugeführt werden, so daß ihr Ausgangssignal sich von ν auf V_x, ändert, was etwa Null-Potential entspdeht. Infolge dieser Signaländerung beginnt der Motor mit einer Verminderung seiner·■■ Geschwindigkeit. Erreicht die Drehzahl des Motors die Synchron-Dreh zahl oder die vorbestimmte Drehzahl No zur Zeit T^, wie dieses in Fig. 8 gezeigt ist, werden die Folgefrequenzen der Ausgangssignale sowohl des Frequenzgenerators G als auch des Referenzoszillators 1' einander gleich, wie

dieses unter ν und v_ in Fig. 7 gezeigt ist, und der Auso g

gangspegel der Schaltung 2¹ ändert sich infolge des Eingangssignales ν auf seinen höheren Spannungswert ν ~. Infolge

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eines Eingangssignales ν ändert sich die Ausgangsspannung auf ihren niedrigeren Spannungswert ν ,. = O. Steigt die Drehzahl des Motors über die synchrone Drehzahl No, so wird die Folgefrequenz des Signales ν größer, so daß auch das Zeitintervall, während dem die Ausgangsspannung auf dem höheren Spannungspegel bleibt, entsprechend kürzer wird. Infolge dieser Signaländerung wird die Motordrehzahl kleiner. Ist andererseits die Motordrehzahl kleiner als die Synchron-Drehzahl No, so wird die Folgefrequenz des Signales ν kleiner, so daß das Zeitintervall, während dem die Auqgangs spannung der Schaltung 2' auf dem höheren Pegel ν ~ bleibt, entsprechend langer wird. In diesem Fall wird die Motordrehzahl gesteigert. Auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Gleichstrom-Synchron-Motor mit synchroner oder aber einer vorbestimmten Drehzahl No laufen.

In Verbindung mit Fig. 9 wird die dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, die eine Modifikation des in Fig. 6 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels darstellt. Die in Fig. 9 gezeigte Schaltung ist ähnlich der in Fig.6 gezeigten mit der Ausnahme eines durch die strichpunktierte Idnie eingeschlossenen. Teiles 2", jedoch relativ aufwendig in ihrem Aufbau. Die fünf Anschlüsse P,U,O,E und Gr sind ähnlich den in Fig. 6 gezeigten, wobei die Signale v_Q, ν und V_1n an den entsprechenden Anschlüssen P,U und O erscheinen. Die dritte Ausführungsform der Erfindung v/eist einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler CO für eine Dekade auf und ein Paar von Eingängen F und H, vier Ausgänge A,B,C und D sowie einen Erdanschluß Gr URd mit diesen verbundene NAND-Glieder AN₁ bis AN₄, NICHT-Glieder, N₁ bis N^ und Transistoren Q5 und Q6 mit Basiswiderständen Bq und R₁O und Kollektorwiderständen R₁Q und R₁₁ auf.

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Zuerst v;ird die Beziehung zwischen den Eingängen und den Ausgängen des Vorwärts-Rückwärts-Zählers CO "beschrieben. Gelangt an den Eingang P das Eingangssignal ν während das Ausgangssignal des NAND-Gliedes AN, 1-Signal ist, wird der Transistor Q₁- entsprechend der Zeitkonstante eines Zeitkreises Cp, EU gesperrt, so daß die Kollektorspannung steigt. Infolgedessen gelangen als Eingangssignale zwei 1-Signale gleichzeitig an das NAND-Glied AN^, so daß als Ausgangssignal O-Signal an den Eingang F des Zählers CO gegeben wird. Dabei ist vorausgesetzt, daß der Vorwärts-Rückwärtszähler CO nur ί in Abhängigkeit von O-Signalen als Eingangssignalen zählt, dagegen nicht auf 1-Signale anspricht. Infolge des Auftretens eines O-Signals am Eingang des Zählers CO, ändern sich die Ausgangssignale der Ausgänge A,B,C und D von einem Zustand (i)(0000)auf einen Zustand (2)(000i)unter der Bedingung, daß ein Setzen der Zählstufe als Ausgangssignal ein 1-Signal und ein Rücksetzen der Zählstufe ein O-Signal bewirkt. Gelangt der nächste Impuls ν vom Eingang P her an den Zähler, so wechseln die Ausgänge ihr Ausgangssignal vom Zustand (2) (0001) auf einen Zustand (3) (0010). In ähnlicher Weise ändern sich die Ausgangssignale des Zählers bei jedem Auftreten eines Eingangsimpulses v_Q vom Zustand (3) (0010) auf den Zustand (4-) (0011), auf den Zustand (5) (0100), auf den Zustand (6) (0101), ...., auf den Zustand (14) (1101), auf den Zu stand (15) <-1110) und auf den Zustand (16) (1111). Entspricht das Ausgangssignal des Zählers CO seinem Schaltzustand (16) (1111),erhalten alle Eingänge des NAND-Gliedes AN. 1-Signal, so daß als Ausgangssignal O-Signal an das NAND-Glied ANg gegeben wird · Danach gelangen keine

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weiteren O-Signale angebenden Impulse an den Eingang des Zählers CO, selbst wenn an den Eingang P weiterhin Impulse v_Q gegeben werden.

Werden von dem Frequenzgenerator G Impulse ν an den

Eingang U gegeben, so wird der Transistor Qg entsprechend der Zeitkonstante eines Zeitkreises CpR^ gesperrt, so daß sein Kollektorpotential eine höhere Spannung erreicht. Als Folge erhält das NAND-Glied AN^ 1-Signal. In diesem

W Fall steht am Ausgang des NAND-Gliedes AN, 1-Signal, da alle Eingänge des NAND-Gliedes AN₅ über die NICHT-Glieder{ N. bis N^ O-Signal erhalten. Daher gelangen gleichzeitig an beide Eingänge des NAND-Gliedes AN^ 1-Signale, so daß das Ausgangssignal von 1-auf O-Signal wechselt, das an den Eingang H des Zählers CO gegeben wird. Infolgedessen wechselt dieser seinen Schaltzustand (16) (im) auf den Schaltzustand (15)(111O). In ähnlicher Weise wechselt der Zähler CO bei Auftreten eines jeden Impulses ν am Eingang IJ seinen Zustand (15) (mo) auf seinen Zustand (14·) <1O1) und schließlich auf seinen Zustand (I)(OOOO). Erreicht der Zähler CO seinen Zählerstand (1) von (0000) in der beschriebenen Weise, erreichen die Ausgangssignale aller NICHT-Glieder N. bis N^ alle 1-Signal. Infolge dieser 1-Signale wechselt das Ausgangssignal des NAND-Gliedes AN ^ von 1- auf O-Signal, so daß selbst bei einem weiteren Auftreten von Impulsen ν am Eingang U der Ausgang des NAND-Gliedes AN^ 1-Signal abgibt, daä an den Eingang H des Zählers CO gelangt, Es ist möglich, die NICHT-Glieder N₁ bis N₄ und das NAND-Glied AN₅ durch ODER-Glieder zu ersetzen.

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Im folgenden wird eine logische Schaltung beschrieben, die das Ausgangssignal ν der Schaltung 2" in Abhängigkeit des Ausgangssignales des Vorwärts-Rückwärts-Zählers CO steuert. Diese logische Schaltung weist Transistoren Q^ bis Q.Q mit Ausnahme der Transistoren Qc- und Q^ auf, die mit den Ausgängen A bis D des Zählers CO verbunden sind, wie dieses in Pig. 9 gezeigt ist. Kollektorwiderstände IL bis R^, der Transistoren CL bis Q^ sind miteinander verbunden, um ein bestimmtes Ausgangssignal ν in Abhängigkeit des Ausgangssignales des Zählers CO wie z.B. bei seinem Schaltzustand (1) von (0000) abzugeben. Basiswiderstände R,- bis Rg der Transistoren CL bis Q* sind mit diesen so verbunden, daß diese gesperrt werden, wenn das Ausgangssignal des Zählers CO den Schaltzustand (1) mit (0000) angibt. Kollektorwiderstände R^5 bis R_xJ₆ der Transistoren Q,-, bis CLq werden zur Begrenzung der an die Transistoren Q_x, bis Q^ gegebenen Basis ströme benützt.

Im folgenden wird die Funktionsweise der logischen-Schaltung in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung beschrieben. Führt der Ausgang A des Zählers CO 1-Signal, so wird der Transistor Qr₇ leitend und seine Kollektorspannung erreicht einen niedrigen Wert, wodurch der Transistor CL ebenfalls leitend wird. In ähnlicher Weise werden bei einem Auftreten von 1-Signalen am Ausgang B des Zählers CO beide Transistoren Q₈ und Q₂ leitend. In gleicher Weise werden entsprechend von 1-Signalen an den Ausgängen C und D die Transistoren Qq und Q^ sowie die Transisoren CLq und Q^ leitend.

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Fiiliren alle Ausgänge des Zählers CO 1-Signai, was beim Erreichen des Zählerstandes (16) von (1111) der Fall ist, sind alle l'ransistoren Q^ bis Q^ eingeschaltet. Als Folge erreicht das Ausgangssignal v_m am Ausgang 0 seinen hohen Pegel. Erreicht das Ausgangssignal des Zählers CO bei seinem Zählzustand (16) den Wert (1111), wird infolge der Funktionsweise der NAND-Glieder AN,, und AN^, in der vorbeschriebenen V/eise kein weiterer Impuls an den Eingang F gegeben, selbst wenn Impulse ν an den Eingang P gegeben werden. In diesem 5 Fall bleiben die Ausgangssignale der Ausgänge A,B,C und D des Zählers CO unverändert.

Gelangt das Ausgangssignal ν des Frequenzgenerators G an den Eingang U, so arbeitet der Zähler CO in der vorstehend beschriebenen Weise und vermindert seinen Zählerstand ausgehend von seinem Zählerstand (16) von (1111). Als Folge wird der Pegel des Ausgangssignals ν Schritt für Schritt vermindert.

Zusammenfassend hat, je nachdem, ob die Transistoren bis Q^ leitend oder gesperrt sind, das Ausgangssignal

ν am Ausgang 0 einen von 16 diskreten Spannungspegeln (1) bei (0000), (2) bei (0001), (3) bei (0010), (4-) bei (0011), (5) bei (0100), (6) bei(0101), (7) bei (0110), (8) bei (0111), (9) bei (1000), (10) bei (1001), (11) bei (1010), (12) bei (1011),(13) bei (1100), (14) bei (1101), (15) bei (1110) und (16) bei(i11i), wobei "0" angibt, daß der Iransistor gesperrt ist, während Ij1l' angibt, daß der

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üCransistor leitend ist.

Bei dem hier gezeigten Ausführurigsbeispiel wurde angegeben und beschrieben, daß der Zähler'CO vier Ausgänge A,B,C und D hat, jedoch kann selbstverständlich die Anzahl der Ausgänge vergrößert werden, wenn dieses erforderlich ist_T und die logische Schaltung entsprechend modifiziert vier den.

Wie vorstehend beschrieben, kann das Ausgangssignal ν -der Steuerschaltung 2" schrittweise so geändert werden, daß die Änderung sehr viel allmählicher wird, als dies bei der in Fig. 7 gezeigten Impulsform ν der Fall ist. Auf diese V/eise ist es möglich, freizügig das Ausgangssignal ν durch Vergleich der Frequenz des Referenzosaillators mit der des Frequenzgenerators zu ändern, die proportional der Drehzahl des Motors nach Erreichen der Synchron-Drehzahl No ist, wobei die Frequenzdifferenz auf den Wert O vermindert wird, d.h. daß die beiden Frequenzen einander gleich gemacht werden. Im einzelnen wird, wenn die Drehaahl des Motors größer ist als die Synchron-Drehzah.1 das Signal ν an die den Zähler CO enthaltende Steuerschaltung 2" des beschriebenen !ζ/ps mit einer größeren Folgefrequenz gegeben als die des Signales v_Q, so daß der Wert des Ausgangssignales ν entsprechend verringert wird. Als Folge davon werden auch die an die Feld wicklungen des Motors gegebenen Erregerströme kleiner, wodurch auch die Drehzahl des Rotors vermindert wird. Andererseits wird, wenn die Drehzahl des Motors geringer ist als die Synchron-Drehzahl, das Signal v_Q an die Steuerschaltung 2" mit einer größeren Frequenz gegeben, als die des Signals ν beträgt. Auf diese Weise kann das Ausgangssignal ν der Steuer

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Claims

schaltung plötzlich vergrößert wenden, so daß auota die Drehzahl des Motors gesteigert wird. Die in Verbundung mit Fig. 9 beschriebene Steuerschaltung weist große Vorteile in Bezug auf eine höhere Ansprechempfindlichkeit bei der »Synchronhaltung der Drehzahl des Motors mit dem Synchronisiersignal des Referenaoszillators auf. Auf diese Weise kann die Stabilität der Motordrehzahl als auch die Steilheit der Drehzahl-Zeit-Kurve des Motors erheblich gesteigert werden.

Zusammenfassend wird gemäß der vorliegenden JSrfin- ^v dung der Stromfluß durch die Feldwicklungen in Abhängigkeit des außerhalb des Motors angeordneten Referenzoszillators und den jeweiligen Drehxtfinkel des Rotors angebenden Signale gesteuert, so daß die Erregerströme synchron mit beiden Signalen an einer vorbestimmten konstanten Drehzahl sind. Auf diese Weise kann das Problem des Anlaufens frequenzgesteuerter bekannter Synchron-Motoren gelöst werden und die Drehzahl eines Gleichsbronunotors ändert sich nicht mehr mib einem Wechsel in seiner Belastung.

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BAD ORIGINAL

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Patentaiisprüche

1 .J Gleichstrom-Synchron-Motor mit einer Steuereinrichtung,, mit der Erregerströme an im Stator des Motors angeordnete Feldwicklungen in Abhängigkeit der erfaßten Drehstellung eines Rotors zuführbar oder abßchaltbar sind, wodurch der Magnete aufweisende Rotor drehbar ist, wobei der Motor außerdem synchron einem dem Motor extern zugeführten Syn-j chronisiersignal gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet , daß ein Referenzoszillator(A) zur Erzeugung des den Motor (C) synchron antreibenden Signals (v ) vorgesehen ist, daß ein die Drehzahl oder Drehstellung des Rotors (6) erfassender Detektor (10,11,12) vorgesehen ist, mit dem die den dem Motor zugeführten Erregerstrom steuernden Signale (vg ,Vr₇₁Vg) erzeugbar sind, daß die Steuereinrichtung (B) eine sowohl mit dem Referenzoszillator als auch dem Detektor verbundene Schalteinrichtung (3»4*5) aufweist, die entsprechend der vom Referenzoszillator und dem Detektor abgegebenen Signale betätigbar ist, so daß der Erregerstrom des Motors derart gesteuert ist, daß dieser bis zum Erreichen einer vorbestimmten Drehzahl (No) als ein das Anlaufdrehmoment aufbringender Gleichstrommotor wirkt und bei dieser vorbestimmten Drehzahl synchron mit den Signalen des Referenzoszillators läuft.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (3,4,5) Flip-Flop-Schaltungen aufweist, die von dem vom Referenzoszillator (A) abgegebenen Signal (v_Q) setzbar und dem vom Detektor
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(10,11,12) abgegebenen Signal (v^) rücksetzbar sind, wodurch der durch die Feldwicklungen (7»ß»9) fließende Erregerstrom steuerbar ist.
5. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (B) einen die Signale (v ) des Referenzoszillators (A) in mehrere gegeneinander phasenverechobene ßignalfolgen (^vi»^v2»^v3) verteilenden. Ringzähler (2), zwischen Ringzähler und dem Detektor (10, 11,12), die Flip-Flop-Schaltungen (3,4,5)und eine logische Schaltung (I5»1^/t-»15) geschaltet sind, die in Abhängigkeit¹ der Signale (vc,Vg,v„,v^) der Flip-Flop-Schaltungen und des Detektors wirken und deren Ausgangssignale an die Feldwicklungen (7,8,9) gegeben sind.

4. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (2') einen Vorwärtsßückwärts-Zähler aufweist, dessen Zählerstand entsprechend der vom Referenzoszillator (1·) oder dem Detektor (G) abgegebenen Signale (v »v ) vergrößert oder verkleinert wird.

u g

5» Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (2") einen eine vorbestimmte Anzahl Additionen und Subtraktionen ausführenden Vorwärts-Rückwärts-Zähler (CO) und mehrere logische Schaltungen (AN/j bis AN^, N^ bis N^,) aufweist, die auf die Ausgangssignale des Zählers ansprechen und die Ausgangssignale des Zählers auf seinen Eingang (F^H) zurückführen, um die vorbestimmten Additionen und Subtraktionen durchzuführen.

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6. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch g β kennzeichnet , daß die Steuereinrichtung (B) eine den Erregerstrom von der Schalteinrichtung (2^f,2"_Τ3,4·»5) auf mehrere Feldwicklungen (11,12,113,7,8,9) aufteilende Verteilerschaltung (S1,S2,S3; 13,14,15) aufweist.
7. I^otor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärts-Eückwärts-Zähler (CO) und die mehreren logischen Schaltungen (AN,- bis AN^, N^ bis N^) eine · erste auf ein den maximalen Zählerstand angebendes Signal

.durch Abgabe eines Ausgangssignales "O" ansprechende erste logische Schaltung (ATT,-) und eine auf diese Signale (v_Q) des Referenzoszillators (A) und der ersten logischen Schaltung ansprechende zweite logische Schaltung (ANg) aufweist, deren Ausgangssignal dem Zähler zugeführt ist, so daß der maximale Wert des Ausgangssigaals des Zählers bestimmbar ist.
8. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärts-Rückwärts-Zähler (CO) und die mehreren logischen Schaltungen (AN^ bis AN^, N^ bis N^) eine erste auf ein den minimalen Zählerstand angebendes Signal durch Abgabe des Ausgangssignals ^X[Q" ansprechende dritte logische Schaltung (AN,) und eine auf die Signale der dritten logischen Schaltung und des Detektors (G) ansprechende vierte logische Schaltung (AN^) aufweist, deren Ausgangssignal dem Zähler zugeführt ist, so daß der minimale Wert des Ausgangssignals des Zählers bestimmbar ist.

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9- Motor nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichn e t , daß die Verteilerschaltung (S1,S2,S3) den Feldwicklungen (L1,L2,L5) gegenseitig phasenverschoben Erregerströme zuführende oder abschaltende Schalter, aufweist.
10. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerschaltung (15,14,15) eine logische Schaltung aufweist, die auf die Ausgangssignale der Schalt-

^ einrichtung (3»4-»5) ^UI*d des Detektors (10,11,12) anspricht, um die gegenseitig phasenverschobenen Erregerströme an die Feldwicklungen (7,8,9) der Feldpole des Motors (C) durchzuschalten oder abzutrennen.
11. Gleichstrom-Synchron-Motor mit einer Steuereinrichtung, mit der Erregerströme an im Stator des Motors angeordnete Feldwicklungen in Abhängigkeit der erfaßten Drehstellung eines Rotors zuführbar oder abschaltbar sind, wodurch der Magnete aufweisende Rotor drehbar ist, wobei der Motor außerdem synchron einem "dem Motor extern zugeführten Synchronisiersignal gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet , daß ein Referenzoszillator (A) zur Er-

W zeugung des den Motor (C) synchron antreibenden Signals (v ) vorgesehen ist, daß ein eine in Abhängigkeit der Drehzahl des Motors (C) vorbestimmte Frequenz abgebender Frequenzgenerator (G) vorgesehen ist, daß die Steuereinrichtung (B) eine zwischen den Referenzoszillator (A) und den Frequenzgenerator (G) geschaltete Schalteinrichtung (2',2") aufweist, die in Abhängigkeit der Signale des Referenzoszillators und des Frequenzgenerators betätigbar ist, so daß der Erregerstrom des Motors derart gesteuert ist, daß dieser bia zum Erreichen einer vorbestimmten Drehzahl (No) als eindas Anlaufdrehmoment aufbringender Gleichstrommotor

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wirkt und bei dieser vorbestimmten Drehzahl synchron mit den Signalen des Referenzoszillators läuft»

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