DE2321650A1 - Steuervorrichtung zum synchronen antrieb eines gleichstrommotors - Google Patents

Description

Canon Kabushiki Kaisha + Case

Canon Seiki Kabushiki Kaisha

Steuervorrichtung zum synchronen Antrieb eines Gleichstrommotors

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung zum synchronen Antrieb eines Gleichstrommotors mit einer Motorgeschwindigkeit-Feststellungseinrichtung zur Feststellung der Drehgeschwindigkeit eines Gleichstrommotors und Erzeugung eines.elektrischen Signals (Motorgeschwindigkeitssignal) mit einer Frequenz proportional zu der Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotors, mit einer Bezugssignalerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Bezugssignals einer vorbestimmten Frequenz zum Antrieb des Gleichstrommotors mit vorbestimmter synchroner Geschwindigkeit, und mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung der an den Gleichstrommotor zugeführten Gleichstromleistung in- Abhängigkeit zu dem Motorgeschwindigkeitssignal und zu dem Bezugssignal.

Die Geschichte des Wechselstromsynchronmotors ist bekanntlich sehr lang, aber die Technik des Gleichstrom-Synchronmotors ist relativ neu. Diese Gleichstrommotoren werden im allgemeinen in die Kommutatormotoren mit Kommutator und Bürste zur Verteilung der von einer Gleichstromquelle kommenden Leistung auf die Feldwicklungen des Motors und den bürsten-

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losen Motor eingeteilt, der einen Rotor mit Magnetpolen entgegengesetzter Polarität, einen Stator mit flusserzeu- " genden Wicklungen und flussabtastende Bauelemente, z.B. Hallgeneratoren, aufweist, so daß die von einer Gleichstromquelle stammende Leistung intermittierend und aufeinanderfolgend an die flusserzeugenden Wicklungen geschaltet werden kann.

Es sind bereits viele Systeme zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit von Gleichstrom-Kommutator-Motore bekannt. Bei einer bekannten Steuereinrichtung wird die Drehgeschwindigkeit eins Gleichstrom-Kommutator-Motors festgestellt und mit der Bezugsgeschwindigkeit verglichen, so daß eine Geschwindigkeitssteuerschaltung in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den beiden Signalen betätigt werden kann. Ein solches "analoges" Steuersystem ist nicht zur Steuerung eines Gleichstrommotors für hohe Geschwindigkeit wegen einer großen Drift geeignet. In dem analogen Steuersystem wird die Änderung der analogen Größe im allgemeinen auf eine Steuerschaltung rückgekoppelt, die zur Steuerung des Gleichstrommotors im Sinne der Drehung mit einer vorbestimmten konstanten Geschwindigkeit dient, so daß die Geschwindigkeitssteuerung mit einem höheren Maß an Genauigkeit extrem schwierig ist, wegen der Abweichung von der Bezugsgeschwindigkeit.

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Es sind auch bereits zahlreiche Steuersysteme für bürstenlose Gleichstrommotore bekannt geworden, aber keine ist ganz zufriedenstellend, da die Phänomene des Außer-Schritt-Geratens und des sogenannten Schiagens nicht eliminiert werden können. Diese Erscheinungen sind folgende: Ein bürstenloser Gleichstrommotor versucht synchron zu einer Harmonischen des. Bezugssignal zu rotieren, bevor er die vorbestimmte synchrone Geschwindigkeit erreicht. Deshalb wird der bürstenlose Gleichstrommotor nicht mit der vorbestimmten synchronen.Geschwindigkeit rotieren.

Stromimpulse mit gleichmäßiger Entfernung voneinander für einen bürstenlosen Gleichstrommotor können selbst dann nicht erhalten werden, wenn der Motor mit einer vorbestimmten synchronen Geschwindigkeit sich dreht, vielmehr wird die Frequenz der Stromimpulse periodisch schwanken, was zu dem sogenannten "Schlag" oder'Beat"-Phänomen führt.'Deshalb ändert sich die Drehgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der ändernden Last und wird nicht auf der gewünschten vorbestimmten Geschwindigkeit gehalten, ist also nicht stabil.

Bekannte Steuersysteme für bürstenlose Gleichstrommotore haben den weiteren Nachteil, daß die antreibenden Stromimpulse unmittelbar zugeführt werden, so daß häufig Gleichlaufschwankungen vorkommen, selbst wenn der Motor mit der

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vorbestimmten synchronen Geschwindigkeit sich dreht. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, muß die Impulsbreite so eng wie möglich gewählt werden, es besteht aber eine Grenze zur Verengung der Impulsbreite.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung für den synchronen Antrieb eines bürstenlosen , oder eines Kommutator-Gleichstrom-Motors zu schaffen, bei der die geschilderten Schwierigkeiten überwunden werden.

Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der in den Ansprüchen angegebenen Lehre gelöst. Hierbei werden folgende Vorteile erzielt:

Es sind logische Schaltungen vorgesehen, an welche das Bezugssignal zur Errichtung einer synchronen Geschwindigkeit des Motors und das Signal zur Darstellung der Drehgeschwindigkeit des Motors angelegt werden, welche logische Schaltung die Ausgangssignale in solcher Weise steuert, daß die · Leistungszufuhr an den Gleichstrommotor intermittierend gestartet und unterbrochen werden kann, und zwar unabhängig von den Eingangszuständen der beiden Signale.

Bei der neuen Steuervorrichtung verzögert eine Signalverarbeitungseinrichtung das Bezugssignal um eine vorbestimmte

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Zeit, um das Signal zu liefern, welches an Stelle des zur Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotors repräsentativen Signals verwendet wird, wenn letzteres nicht verfügbar ist, so daß die Steuerung der Leistungszufuhr an dem Gleichstrommotor in Abhängigkeit von dem Bezugssignal und dem verzögerten Bezugssignal bewirkt werden kann, wobei eine genaue Steuerung des synchronen Antriebs des Gleichstrommotors ermöglicht wird.

Bei der Erfindung kann eine impulsförmige Betriebsspannungsquelle verwendet werden, die eine Einrichtung zur Steuerung der Verteilung des treibenden Stromes an die Wicklungen oder Spulen in solcher Weise aufweist, daß, wenn die Zufuhr der treibenden Leistung unterbrochen ist, das erzeugte Drehmoment zu einem Minimum werden kann, wobei der Wirkungsgrad des Gleichstrommotors verbessert wird.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird das Ausgangssignal eines Tachogenerators, welcher die Drehgeschwindigkeit eines Gleichstrommotors feststellt, in Impulse geformt, die die Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotors darstellen und deshalb als "Geschwindigkeitsimpulse" in dieser Anmeldung bezeichnet werden. Eine Einrichtung dient zur Erzeugung der Steuerimpulssignale, deren Impulsbreite die Phasendifferenz zwischen den Geschwindigkeitsimpulsen und den Bezugsimpulsen

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darstellt, die für eine vorbestimmte Geschwindigkeit, erzeugt von der Bezugsimpulserζeugungseinrichtung, repräsentativ sind. Die Geschwindigkeitsimpulse und die Bezugsimpulse werden an eine Schalteinrichtung angelegt, so daß sie abwechselnd einer steuerimpulssignal-erzeugenden Einrichtung zur Verfügung stehen, und die Antriebskraft oder der Strom wird dem Gleichstrommotor in Abhängigkeit von den Steuersignalen so zugeführt, .daß der Gleichstrommotor mit vorbestimmter synchroner Geschwindigkeit angetrieben wird. Dies bedeutet also, daß die Antriebsleistung für den Gleichstrommotor in Abhängigkeit von den beiden erwähnten Signalen gesteuert wird. Im einzelnen wird in Abhängigkeit von den Bezugs impuls en die Antriebskraft dem Gleichstrommotor zugeführt, während in Abhängigkeit von den Geschwindigkeitsimpulsen die Leistung unterbrochen wird, so daß das Außer-Schritt-Geraten des Gleichstrommotors und insbesondere das Beat-Phänomen beseitigt werden kann. -

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Phasenverschiebungsschaltung vorgesehen, so daß der an die Steuerimpulssignal-Erzeugungseinrichtung als Rücksetzsignal zugeführte Bezugsimpuls um eine vorbestimmte Zeit verzögert werden kann. Selbst wenn der Geschwindigkeitsimpuls nicht an die Steuerimpulssignal-Erzeugungseinrichtung angelegt werden kann, kann diese doch rückgesetzt werden, so daß die

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Leistungszufuhr an dem Gleichstrommotor selbst dann unterbrochen werden kann, wenn die Erzeugung der Geschwindigkeitsimpulse sehr stark infolge der Änderung der Last verzögert ist, nachdem der Gleichstrommotor eine vorbestimmte synchrone Geschwindigkeit erreicht hat. Deshalb kann das Außer-Schritt-Geraten des Gleichstrommotors vollständig beseitigt werden. Die Unterbrechung der Leistungszufuhr an dem Gleichstrommotor ist jedoch nicht vor der Zeit, wenn der Motor gestartet wird, bis er die vorbestimmte synchrone Geschwindigkeit erreicht, notwendig. Es ist deshalb eine'Einrichtung vorgesehen, welche die Phasenverschiebungsschaltung nur dann automatisch betätigt, wenn die Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotors die vorbestimmte synchrone Geschwindigkeit erreicht .

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines Steuersystems für den synchronen Antrieb eines Gleichstrom-Kommutator-Motors,

Fig. 2 eine Blockschaltung einer zweiten Ausführungsform des Steuersystems zur Steuerung des synchronen Antriebs eines bürstenlosen Gleichstrommotors,

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Fig. 3 ein Impulsdiagramm des Steuersystems nach Fig. 1, Fig. 4 ein Impulsdiagramm der Bezugsimpulse und der Geschwindigkeitsimpulse sowie der antreibenden Ströme, wenn die Geschwindigkeit des Gleichstrommotors in dem Steuersystem nach Fig. 1 und 2 geändert wird,

Fig. 5 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Phasenverschiebungsschaltung in dem Steuersystem nach Fig. 1 und 2,

Fig. 6 eine mehr ins einzelne gehende Schaltung des Steuersystems nach Fig. 2,

Fig. 7 ein gegenüber Fig. 6 abgeändertes Steuersystem,

Fig. 8 die Seitenansicht eines bürstenlosen Gleichstrommotors zur Verwendung bei den Ausführungsformen nach Fig. 6 und 7,

Fig. 9 eine mehr ins einzelne gehende Schaltung der Phasenverschiebungsschaltung 16, einer Verzögerungsschaltung 16A und einer Schalteinrichtung 11, die in dem Steuersystem nach Fig. Ϊ und 2 verwendet werden,

Fig. 10 eine Seitenansicht eines gegenüber Fig. 8 abgeänderten bürstenlosen Gleichstrommotors,

Fig. 11 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Betriebsweise und Steuerung des bürstenlosen Gleichstrommotors nach Fig. -10,.

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Fig. 12Α eine Blockschaltung einer weiteren Ausführungsform des Steuersystems,

Fig. 12B eine mehr ins einzelne gehende Schaltung eines

Vergleichers 38 in dem Steuersystem nach Fig. 12A,

Fig. 13 ein Impulsdiagramm der Treibströme für den Gleichstrommotor nach Fig. 12A, wobei der Drehwinkel des Motors auf der Abszisse aufgetragen ist,

Fig. 14 eine auseinandergezogene, perspektivische Darstellung von Einrichtungen zur Feststellung der Drehgeschwindigkeit eines Gleichstrommotors, und

Fig. 15 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung der Phänomene des Außer-Schritt-Geratens bzw. des Schiagens (Beat), wie diese bei bekannten synchronen Gleichstrommotoren angetroffen werden.

Die erste Ausführungsform dient zur Steuerung des synchronen Antriebs eines Gleichstrom-Kommutator-Motors (Fig. 1). Ein Tachogenerator 1, eine Impulsformerstufe 2, ein Teiler 3, eine Differentiatorschaltung 4, und eine Gleichrichterschaltung 5 sind in Serie in der angeführten Reihenfolge geschaltet, außer daß die Differentiatorschaltung 4 auch mit dem Ausgang ■ der Impulsformerstufe 2 unter Auslassung des Teilers 3 verbunden ist. Der Tachogenerator 1 stellt eine' Motorgeschwindigkeit-Feststellungseinrichtung dar und rotiert mit der

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gleichen Geschwindigkeit wie der Rotor eines Gleichstrom-Kommutator-Motors 14 und erzeugt ein Wechselstromsignal, " dessen Frequenz proportional zu der Drehgeschwindigkeit des Motors 14 ist. Der Frequenzteiler 3 kann als Schieberegister oder Zähler ausgebildet sein. Ein Bezugssignalgenerator 6, eine Impulsformer stufe 7, ein Teiler 8, eine Differentiatorschaltung 9 und eine Gleichrichterschaltung 10 sind ebenfalls in der genannten Reihenfolge geschaltet, außer daß. der Eingang der Differentiatorschaltung 9 au'ch mit dem Ausgang der Impuisformerstufe 7 verbunden ist. Der Bezugssignalgenerator β erzeugt das Bezugssignal zur Drehung des Gleichstrommotors 14 mit vorbestimmter synchroner Geschwindigkeit.

Die Ausgangssignale der Gleichrichterschaltungen 5 und 10 werden an die Eingangsklemmen b bzw. a einer Schalteinrichtung 11 angelegt, die eine Verknüpfungsschaltung darstellt und deren Ausgangsklemmen c und d mit den Rücksetz- und Setzklemmen R und S eines Flip-Flops 12 verbunden sind. Das später im einzelnen zu beschreibende Verknüpfungsglied 11 dient zur alternativen Abgabe der Ausgangssignale an das Flip-Flop 12 in Abhängigkeit von den Signalen des Tachogenerators 1 und des Bezugssignalgenerators 6, wenn und nur wenn eine Differenz in der Zeit oder der Phase zwischen den beiden Signalen besteht. Das Ausgangssignal des Flip-Flops 12 wird dem Gleichstrom-Kommutator-Motor 14 über einen Verstärker 13 zugeführt.

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Eine Schalteinrichtung 15 ist mit dem Gleichstrom-Kommutator-

Motor 14 gekoppelt und dient zu dessen Anhalten, wenn die Drehgeschwindigkeit über einer vorbestimmten Geschwindigkeit liegt.

Die Eingangsklemme einer Phasenschiebeschaltung 16 ist mit der Ausgangsklemme der Gleichrichterschaltung 10 verbunden und die Ausgangsklemme steht mit der Rücksetzklemme R des Flip-Flop 12 in Verbindung. Die Phasenschiebeschaltung 16 wird ebenfalls später im einzelnen erläutert und dient zur Verschiebung der Phase des Bezugssignals, welches von der Gleichrichterschaltung 10 in Abhängigkeit von dem Signal von einer Steuerschaltung 16A übertragen wird, so daß das Bezugssignal um ein vorbestimmtes Zeitintervall verzögert werden kann. Die Steuerschaltung 16A dient zur Außer-Betrieb-Stellung der Phasenschiebeschaltung 16, während der Zeit, wenn der Motor 14 gestartet wird, bis zur Zeit, wenn der Motor 14 mit der vorbestimmten synchronen Geschwindigkeit dreht, und aktiviert die Phasenschiebeschaltung 16 automatisch, wenn der Motor 14 sich mit der vorbestimmten synchronen Geschwindigkeit zu drehen beginnt.

Das Steuersystem nach Fig. 1 wird unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert. Der Bezugssignalgenerator 6 erzeugt das aus Impulsen bestehende Bezugssignal mit. vorbestimmter

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Frequenz, wie sich aus Zeile A der Fig. 3 ergibt. Diese Impulse werden dem Frequenzteiler 8 zugeführt, nachdem sie durch die Impulsformerstufe 7 gelangt sind, so daß sie in die rechteckförmige Impulsform umgewandelt werden können. Die Bezugssignale werden von dem Frequenzteiler 8 "heruntergezählt", so daß die rechteckförmigen Bezugssignale in Zeile B, welche der Drehgeschwindigkeit des Motors 14 entsprechen, an die Differentiatorschaltung 9 gegeben werden können. Alternativ können die Ausgangssignale der Impulsformerstufe 7 direkt an die Differentiatorschaltung 9 angelegt werden. Das Ausgangssignal der Differentiatorschaltung 9 besteht aus den abwechselnden positiven und negativen Spitzen, wie sich aus Zeile C ergibt, wobei die positive Spitze der Vorderflanke des rechteckförmigen Eingangsimpulses nach Zeile B entspricht, während die negative Spitze der rückwärtigen Flanke entspricht, In der vorliegenden Ausführungsform werden nur die positiven Impulse von der .Gleichrichterschaltung 10 abgeleitet, wie sich aus Zeile D in Fig. 3 ergibt, und an das Verknüpfungsglied 11 angelegt.

Wenn der Gleichstrom-Kommutator-Motor 14 durch Drücken eines Startknopfes gestartet wird, erzeugt der mit dem Gleichstrommotor 14 gekoppelte Tachogenerator 1 das Wechselstromsignal, dessen Frequenz der Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotors 14 entspricht, wie sich aus Zeile E in Fig. 3 ergibt. Das

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Wechselstromsignal wird verstärkt, von der Impulsformerstufe

2 in die rechteckige Form umgestaltet und an den Frequenzteiler

3 angelegt. Der Frequenzteiler 3 gibt das in Zeile F dargestellte Ausgangssignal ab, welches an den Differentiator 4 angelegt wird. Alternativ können die Ausgangssignale der Impulsformerstufe 2 direkt dem Differentiator 4 zugeführt werden. Das Ausgangssignal des Differentiators 4 besteht aus den in Zeile G dargestellten abwechselnden positiven und negativen Spitzen und wird der Gleichrichterschaltung 5 zugeführt, so daß dessen Ausgangssignal nur aus den positiven in Zeile H dargestellten Spitzen besteht, welches wiederum an das Verknüpfungsglied 11 angelegt wird.

Das Verknüpfungsglied 11 steuert das Bezugssignal des Bezugssignaigenerators 6 und das Geschwindigkeitssignal des Tachogenerators 1 so, daß diese abwechselnd an den Rücksetz- und Setzeingang R und S des Flip-Flops 12 angelegt werden. In Abhängigkeit von dem an die Eingangsklemme a anliegenden Bezugssignal erscheint das Ausgangssignal des Verknüpfungsgliedes 11 an der Ausgangsklemme d, so daß das Flip-Flop 12 gesetzt werden kann, aber wenn das nächste Bezugssignal an die Eingangsklemme a angelegt wird, wenn die Phasenschiebeschaltung 16 nicht aktiviert ist, gibt das Verknüpfungsglied 11 kein Ausgangssignal ab, wenn nicht das Geschwindigkeitssignal an die Eingangsklemme b angelegt ist, so daß das Flip-Flop 12 in dem gesetzten Zustand bleibt. Wenn das Trigger-

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signal, d.h., das Geschwindigkeitssignal in der Zeile H an. die Eingangsklemme b angelegt wird, erscheint das Ausgangssignal des Verknüpfungsgliedes 11 an der Ausgangsklemme c, so daß das Flip-Flop 12 zurückgesetzt wird. Deshalb gibt das Flip-Flop 12 die rechteckförmig gestalteten Impulse in Zeile I der Fig. 3 ab, wobei jeder Impuls in Abhängigkeit von dem Bezugssignal oder dem Triggerimpuls nach Zeile D ansteigt und in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeitssignal oder dem Triggerimpuls nach Zeile H abfällt. Die Ausgangssignale des Flip-Flops 12 werden dem Gleichstrom-Kommutator-Motor 14 über den Verstärker 13 zugeführt. Da die Wellenform des Ausgangs signals des Flip-Flop 12 der Wellenform der an den Gleichstrommotor 1.4 angelegten Spannung entspricht, dreht der Motor 14 mit einer Geschwindigkeit, die dem Leitungswinkel des rechteckförmigen Ausgangssignals nach Zeile I in Fig. 3 entspricht.

Fig. 4 zeigt zwei Beispiele der Beziehung zwischen dem Be- · zugssignalimpuls, dem Geschwindigkeitsimpuls des Tachogenerators und dem Motortreibstrom. In Zeilen A und C der Fig. 4 sind die Bezugsimpulse durchgehend gezeichnet, während die Geschwindigkeitsimpulse mit gestrichelten Linien dargestellt sind, während die Treibströme in Zeilen B und D der Fig. 4 wiedergegeben sind. Wenn der Geschwindigkeitsimpuls mit Bezug

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auf den Bezugsimpuls verzögert ist, wie sich aus Zeile A in Fig. 4 ergibt, wird die Impulsbreite t' des Treibstromes vergrößert, so daß die Geschwindigkeit des Motors zunimmt, bis die synchrone Geschwindigkeit erreicht ist. Sobald der Motor 14 mit vorbestimmter synchroner Geschwindigkeit dreht, bleibt die Impulsbreite konstant, und diese Impulsdauer ist mit t bezeichnet. ¥enn jedoch der Geschwindigkeitsimpuls relativ zu dem Bezugssignal voreilt, wie sich aus Zeile C der Fig. 4 ergibt, wird die Impulsbreite des Treibstromes verkleinert, wie sich aus t¹' in Zeile D ergibt. Der Motor wird dadurch verlangsamt und sobald er die vorbestimmte synchrone Geschwindigkeit erreicht, wird wieder die Impulsbreite t eingehalten.

Wenn die Geschwindigkeit des Gleichstrommotors 14 infolge einer Änderung der Last beträchtlich abfällt, wird der Geschwindigkeit simpuls stark zu dem Eezugsimpuls verzögert. Wenn das Verknüpfungsglied 11 nicht eingefügt wäre, würden zwei Bezugsimpulse nacheinander an die Klemmen S des Flip-Flops 12 angelegt werden. Um diese Schwierigkeit zu meistern, ist das Verknüpfungsglied 11 so eingefügt, daß die Bezugsund Geschwindigkeitsiinpulse alternativ an den Setz- und Rücksetzeingang angelegt werden.

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Um zu verhindern, daß der Gleichstrommotor aus dem synchronen Antrieb herausfällt, ist die Phaseschiebeschaltung 16 vorgesehen, so daß das an den Rücksetzeingang des Flip-Flop 12 anzulegende Bezugssignal um ein vorbestimmtes Zeitintervall verzögert werden kann. Die Betriebsweise der Phaseschiebeschaltung 16 wird mit Bezug auf Fig. 5 erläutert. Zeile A der Fig. 5 zeigt das Zeitverhältnis dem an den Setzeingang des Flip-Flop 12 anzulegenden Bezugsimpuls (ausgezogene Linien) und des von der Phaseschiebeschaltung stammenden verzögerten Bezugsimpu3ses (gestrichelte Linien). Die Phaseschiebeschaltung 16 gibt das Signal r'^ ab, welches um tr^f relativ zu dem ersten Bezugsimpuls r-j verzögert ist, und die Verzögerungszeit tr¹ ist so gewählt, daß sie etwas kurzer ist als die Frequenz tr des Bezugssignals. Wenn der Gleichstrommotor 14 synchron zu dem Bezugssignal dreht, werden die in Zeile B der Fig. 5 dargestellten Geschwindigkeitsimpulse an den Rücksetzeingang des Flip-Flop 12 angelegt, so daß der Gleichstrommotor mit einer vorbestimmten synchronen Geschwindigkeit in Abhängigkeit von dem rechteckförmigen Treibstrom nach Zeile C dreht. Wenn die Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotors infolge der Zunahme der Last sinkt, wird das Impulsintervall zwischen den Geschwindigkeitsimpulsen vergrößert. Beispielsweise werden mehr als zwei Bezugsimpulse zwischen zwei Geschwindigkeitsimpulsen erzeugt. Diese Bezugsimpulse werden der Eingangsklemme A des Verknüpfungsgliedes 11 zugeführt,

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so daß die Ausgangssignale an den Setzeingang des Flip-Flops 12 gelangen. Als Folge hiervon verbleibt das Flip-Flop 12 in dem gesetzten Zustand, bis das Rücksetzsignal an den Rücksetzeingang R infolge des Geschwindigkeitsimpulses angelegt wird. Als Folge hiervon wird der Gleichstrommotor 14 kontinuierlich beschleunigt. In dem sogenannten Impulstreibsystem, wobei die dem Motor zugeführte Leistung intermittierend ein- und ausgeschaltet wird, wird das Signal zum Anschalten der Leitung in Abhängigkeit von den Bezugsimpulsen abgeleitet, während das Signal zum Abstellen der Leistung in Abhängigkeit von den Geschwindigkeitsimpulsen abgeleitet wird. Wenn eine Mehrzahl von Bezugs impuls en zwischen den Geschwindigkeitsimpulsen eingefügt sind, oder wenn eine Mehrzahl von Geschwindigkeitsimpulsen zwischen den Bezugsimpulsen liegen, werden die obigen alternativen Ein- und Ausschaltoperationen nicht so bewirkt, daß das Außer-Schritt-Geraten oder das sogenannte Beat-Phänomen nicht auftreten würde. Dies wird mit Bezug auf Fig. 15 näher erläutert, die das Beat-Phänomen bei einem konventionellen Gleichstrommotor illustriert. Die Zeilen A, B und C der Fig. 15 zeigen den Fall, in welchem eine Mehrzahl von Bezugssignalimpulsen zwischen den Geschwindigkeitsimpulsen liegen, während die Zeilen D, E und F den Fall darstellen, in welchem eine Mehrzahl von Geschwindigkeitsimpulsen zwischen aufeinanderfolgenden Bezugsimpulsen eingefügt sind. In jedem Fall wird die Impulsdauer des Treibstromes an den Gleichstrommotor

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entsprechend Zeilen C und F geändert. Die Variation der Impulsbreite tendiert periodisch zu werden, so daß die Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotors zufällig verändert wird oder bei einer gewissen außerhalb der vorbestimmten synchronen Geschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit gehalten wird, aber die Drehgeschwindigkeit fluktuiert unmittelbar von dieser Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Last und ist überhaupt nicht stabil.

Die Phasensehiebeschaltung 16 ist zur Überwindung des aufgezeigten Problems sehr wirksam. Selbst wenn der Geschwindigkeit simpuls zum Rücksetzen des Flip-Flop 12 nicht abgeleitet wird, legt die Phasensehiebeschaltung 16 das verzögerte Bezugssignal an das Flip-Flop 12 und setzt dieses zurück. Infolge dessen kann das Flip-Flop 12 immer die rechteckförmigen Ausgangssignale abgeben, selbst wenn die Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotors beträchtlich abgesunken ist. Deshalb kann der Durchschnittswert vergrößert werden und die Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotors kann bis auf die vorbestimmte synchrone Geschwindigkeit beschleunigt werden.

Um die Drehrichtung des Gleichstrommotors 14 umzukehren, kann eine transistorisierte Schaltung zum Umkehren der Richtung des Stromes benutzt werden. Um die synchrone Drehge-

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schwindigkeit des Gleichstrommotors zu ändern, kann die Oszillaüonsfrequenz des Bezugsgenerators 6 verändert werden oder diese Frequenz kann mittels eines Frequenzteilers variiert werden.

Die zweite als Blockschaltung in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform dient zur Steuerung des synchronen Antriebes eines bürstenlosen Gleichstrommotors und ist im wesentlichen ähnlich zur ersten Ausführungsform nach Fig. 1 ausgebildet, außer daß ein Hallgenerator 17 und eine Motorgeschwindigkeit-Feststellungseinrichtung hinzutreten.

Wie sich aus Fig. 8 ergibt, weist der bürstenlose Gleichstrommotor 14' mit Hall-Element nach der zweiten Ausführungsform einen Rotor R mit einem Paar von Magnetpolen entgegengesetzter Polarität, Wicklungen L. bis L- zur Erzeugung des Flusses, die als Ring miteinander verbunden sind-und in Drehmoment erzeugender Anordnung zum Rotor liegen, und ein Paar von Hallgeneratoren H^ und H2 auf, die bei 17 in Fig. 2 dargestellt sind und in vorbestimmter Beziehung zum Rotor und winkelmäßig zueinander um einen gleichen Winkel zu einem · elektrischen Winkel zwischen den Magnetpolen von 90 auf dem Rotor sowie in magnetischer Beziehung zum Rotor angeordnet sind, so daß die Größe der Flussdichte des Rotors als

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Funktion der Winkellage des Rotors gemessen werden kann. Die Verbindung zwischen den Statorwicklungen L. bis L, ist im einzelnen in"Fig. 8 dargestellt. Jede der Wicklungen L₁ bis Lf ist auf einem Joch Jo aus magnetischem Material montiert und die Verbindungspunkte a, b, c und d sind mit der noch zu beschreibenden Motorantriebsschaltung verbunden.

Die Motorgeschwindigkeit-Feststellungseinrichtung 18 zur Feststellung der Drehgeschwindigkeit des Rotors R umfasst eine elektrische Schaltung zur Feststellung von beispielsweise der induzierten Spannung in den Feldwicklungen, es können aber auch Einrichtungen zur Feststellung der in den Hallgeneratoren induzierten Spannung verwendet werden. Das Ausgangssignal des Hallgenerators 17 oder der Motorgeschwindigkeit-Feststellungseinrichtung 18 wird der Impulsformerstufe 2 zugeführt. Die Betriebsweise der zweiten Ausführungsform d?r Erfindung ist im wesentlichen ähnlich zu der ersten Ausführungsform nach Fig. 1, außer dass das Ausgangssignal des Hallgenerators 17 oder der Motorgeschwindigkelts-Feststellungseinrichtung 18 an die Impulsformerstufe 2 anstelle des Ausgangssignals des Tachogenerators 1 nach der ersten Ausführungsform gegeben wird.

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Fig. 6 stellt eine Schaltung des Steuersystems des bürstenlosen Gleichstrommotors dar, wobei die Schaltungen 7 bis nach Fig. 2 aus Gründen der Vereinfachung nicht in Fig. 6 dargestellt sind. Entgegengesetzt zu der Verbindung der Wicklungen JLj bis L, nach Fig. 8 sind die Wicklungen L₁ ^f bis L^¹ im Stern miteinander verbunden, wobei Jedoch auch die im Dreieck verbundenen Wicklungen L₁ bis L, nach Fig. 8 verwendet werden können, wenn die Verbindungspunkte mit den Punkten a, b, c und d nach Fig. 6 verbunden werden. Zwischen den Wicklungen L₁ · bis L, ' und einer Gleichstromleistungsquelle DCS sind Ausgangstransistoren GL bis Q/ eingefügt, um den an die Wicklungen L₁' bis L/' anzulegenden Strom zu schalten. Die Basisanschlüsse der Ausgangstransistoren CL bis Qp sind mit den Ausgangsklemmen der Hallgeneratoren HL und H₂ und eine Eingangsklemme jedes Hallgenerators H₁ und Hp ist mit der positiven Klemme der Gleichspannungsquelle DCS verbunden, während die andere Eingangsklemme mit dem Verstärker 13 über ein den Strom einstellenden Widerstand R₁ oder Rp verbunden ist. Dioden D₁ bis D, sind an die jeweiligen Wicklungen L₁' bis L^' angeschlossen und dienen zur Feststellung der in den Wicklungen induzierten Spannung, die im Betrieb nicht erregt sind, wobei die Drehgeschwindigkeit des Rotors festgestellt wird. Die Ausgangssignale der Dioden D₁ bis D^ v/erden der Impulsformer stufe 2 zugeführt, und in geeignete Signale zur Anlage an das Verknüpfungsglied 11 umgewandelt. Zwischen der Gleichstromleistungsquelle DCS

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und den Emitter der Ausgangstransistoren Q^ bis Q₂ ist ein Widerstand R, zu deren Schutz eingefügt.

Im Betrieb werden die Ausgangstransistoren GL bis Q^ in der Antriebsschaltung aufeinanderfolgend in Abhängigkeit von den Hallspannungen an den Ausgangsklemmen der Hallgeneratoren H₁ und H₂ eingeschaltet, wobei die Hallgeneratoren mit dem Stator des Motors verbunden sind, und der bürstenlose Motor gedreht wird. Die in den nicht erregten Wicklungen L₁ ¹ bis Lf ' induzierte Spannungen werden mittels der Dioden D^ bis D/ festgestellt und zur Anlage an die Impulsformerstufe 2 addiert, Die Ausgangsimpulse der Impulsformerstufe 2 stellen die Drehgeschwindigkeit des bürstenlosen Motors 14' dar und werden der Eingangsklemme b des Verknüpfungsgliedes 11 zugeführt. In Abhängigkeit von dem an der Eingangsklemme b anliegenden Signal gibt das Verknüpfungsglied 11 ein Ausgangs signal an der Ausgangsklemme c ab, so daß das Flip-Flop .12"rückgesetzt wird. Die Frequenz des Bezugssignalgenerators. 6 entspricht einer vorbestimmten sjmchronen Geschwindigkeit des Motors 14' und wird der Eingangsklemme a des Verknüpfungsgliedes 11 zugeführt, so daß das Ausgangs signal an der Ausgangsklemme b erscheint, wobei das Flip-Flop 12 rückgesetzt wird.· Die Impulsbreite der rechteckförmigen Ausgangsimpulse des Flip-Flop 12 ist gleich der Phasendifferenz zwischen dem Bezugsimpuls und dem Geschwindigkeitsimpuls. In Abhängigkeit

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von den Ausgangsimpulsen des Flip-Flop 12 wird der durch die Hallgeneratoren HL und Hp fliessende Strom in solcher Weise gesteuert, daß der Eingangsstrom durch die Hallgeneratoren H^ und Hp während des Leitungswinkels der Ausgangsimpulse des Flip-Flop fliesst. Infolge dessen wird die Drehgeschwindigkeit des Motors 14 in Abhängigkeit von den Ausgangsimpulsen des Flip-Flop 12 gesteuert.

Wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors 14' ein wenig kleiner ist als die Frequenz der Bezugsimpulse, werden die an das Flip-Flop 12 angelegten Geschwindigkeitsimpulse verzögert, so daß die Impulsbreite der Ausgangsimpulse zunimmt. Infolgedessen nimmt die Drehgeschwindigkeit des Motors 14 zu und kehrt zu der vorbestimmten synchronen Geschwindigkeit zurück, im Maße die Phase der Geschwindigkeitimpulse fortschreitet. In gleicher Weise kann die Drehgeschwindigkeit des Motors oberhalb der vorbestimmten synchronen Geschwindigkeit auf diese vorbestimmte synchrone Geschwindigkeit verzögert werden. Wenn deshalb die Bezugsgeschwindigkeit durch den Bezugssignalgenerator 6 gesetzt wird, dreht sich der Motor 14' mit der vorbestimmten synchronen Geschwindigkeit.

Die Phaseschiebeschaltung 16 verzögert das von dem Bezugssignalgenerator 6 kommende Signal um ein vorbestimmtes Zeitintervall, und das verzögerte .Bezugssignal wird an den Rück- ·

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setzeingang des Flip-Flop 12 über die Ein- und Ausgangsan- ■ Schlüsse b und c des Verknüpfungsgliedes 11 angelegt, wie es mit Bezug auf Fig. 1 bereits beschrieben worden ist.

Die Ausführungsform nach Fig. 7 ist im wesentlichen bezüglich Konstruktion und Betriebsweise mit der zweiten Ausführungsform ähnlich, außer daß die Ausgangsspannungen der Hallgeneratoren H^ und H₂ einer Kombinierschaltung 27 zugeführt werden, deren Ausgangssignal an einen Impulsgenerator 28 gelegt wird. Die Ausgangsimpulse des Impulsgenerators 28 werden als Geschwindigkeitsimpulse den Eingangsanschlüssen b des Verknüpfungsgliedes zugeführt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß, wenn der Motor 14' gestartet wird, die Geschwindigkeitsimpulse schneller erhalten werden.

Das Verknüpfungsglied 11 wird mit Bezug auf Fig. 9 beschrieben, welche im großen und ganzen vier NAND-Glieder N^, N₂, N^ und Νλ und zwei RC-Schaltungen aus Kondensatoren C. und C₂ sowie Widerstände R, und R₁- zum Glätten der logischen Operationen aufweist. Das Ausgangssignal des Bezugssignalgenerators 6 sowie das Ausgangssignal des NAND-Gliedes N^ werden dem NAND-Glied N-, zugeführt, dessen logisches Ausgangssignal an den Setzeingang des Flip-Flop 12 angelegt wird. An das NAND-Glied Np werden die Ausgangs signale des Tacho-

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generators 1 und des NMD-GIiedes Ν» angelegt, dessen logisches Ausgangssignal an den Rücksetzeingang R des Flip-Flop 12 angelegt wird. Einer der Eingangsanschlüsse des NAND-Gliedes N-, ist über den Kondensator C^ mit dem Bezugssignalgenerator 6 verbunden, während der andere Eingangsanschluß mit der Ausgangsklemme des NAND-Gliedes N^ verbunden ist. Eine der Eingangsanschlüsse des NAND-Gliedes N^ ist mit dem Tachogenerator 1 über den Kondensator Cp verbunden, während der andere Eingangsanschluß mit dem anderen Ausgangsanschluß des NAND-Gliedes N, in Verbindung steht.

Da die Art des Verknüpfungsgliedes 11 nach Fig. 9 bekannt ist, genügt es, deren Betriebsweise zu beschreiben. Die NAND-Glieder N,-und N^ machen ein Flip-Flop aus. Wenn das Bezugssignal an das NAND-Glied N^ angelegt wird, während das Ausgangssignal des NAND-Gliedes Νλ eine "1" ist, wird das Ausgangssignal des NAND-Gliedes N, zu "O" und an das NAND-Glied N^ angelegt, an welches auch das Bezugssignal anliegt.· Infolgedessen wird das Ausgangssignal des NAND-Gliedes N^ zu einer "1" und wird im Setzanschluß S des Flip-Flops 12 zugeführt. Wenn das vom Tachogenerator 1 kommende Signal an das NAND-Glied N. angelegt wird, während das Ausgangssignal des NAND-Gliedes N, eine "1" ist, wird das Ausgangssignal des NAIiD-GIiedes N^ zu einer "1" und wird dem NAND-

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Glied Np zugeführt, an dem auch das Signal des Tachogenerators 1 anliegt. Infolgedessen wird das Ausgangssignal des NAND-GlJades Np zu einer "1" und wird dem Rücksetzeingang R des Flip-Flops 12 zugeführt. Dies bedeutet, daß das Flip-Flop aus den NAND-Gliedern N, und N, alternativ die Ausgangssignale an die Klemmen B und A der NAND-Glieder NL und N₂ abgibt.

Die Phasenschiebeschaltung 16 umfasst im großen und ganzen einen Schalttransistor Qc und eine Fromerstufe 30 sowie eine Differentiator- und Gleichrichterschaltung 31. Die Basis des Schalttransistors Qc ist mit dem Bezugssignalgenerator 6 verbunden, während der Kollektor über einen Widerstand Rg mit dem Ausgang der Steuerschaltung 16A in Verbindung steht und der Emitter über einen Widerstand R₇ mit der negativen Klemme der Gleichstromleistungsquelle DCS in Verbindung steht. Der Verbindungspunkt der parallel geschalteten variablen Widerstände R_Q und R_n ist mit dem Emitter des Schalttransistors Qf- verbunden, während die anderen Klemmen über einen Kondensator C^ miteinander in Verbindung stehen. Die positive Klemme des Kondensators C» ist über einen weiteren Kondensator C-? mit dem Kollektor des Schalttransistors Q₁- verbunden, während die negative Klemme mit der Formerstufe 30 in Verbindung steht, welche wiederum mit der Differentiator- und Gleichrichterschaltuhg 31 verbunden

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ist, deren Ausgang mit dem Rücksetzeingang R des Flip-Flop 12 verbunden ist. Die Widerstände R^g und R,.,, dienen zur Aufteilung der Spannung.

Nachfolgend wird die Betriebsweise beschrieben. Wenn der Bezugsimpuls an die Basis des Schaltransistors Q₁- angelegt wird, wird dieser leitend gesteuert und das Ausgangssignal am Kollektor wird bezüglich seiner Phase durch die beiden RC-Schaltungen (R_g und C, sowie Rg und C^) um einen vorbestimmten Winkel verschoben und so an die Formerstufe 30 angelegt. Die sinusförmige Wellenform des Ausgangssignals des Schalttransistors Q^ wird in die rechteckige Wellenform durch die Formerstufe 30 umgewandelt und an die Differentiator- und Gleichrichterschaltung 31 angelegt, so daß der positive Triggerimpuls an den Rücksetzeingang R des Flip-Flop 12 gelangt. Der Triggerimpuls ist zu dem Bezugsimpuls nach Fig. 5 verzögert.

Die Steuerschaltung 16A dient zur Betätigung der Phasenschiebeschaltung 16 in einer vorbestimmten Zeit nach Start des Motors 14 oder 14'. Der Kollektor eines NPN-Transistors Qg ist mit der Basis eines PNP-Transistors Qy und mit der Gleichstromlefetungsquelle DCS über einen Widerstand R^₂ verbunden. Der Emitter des Transistors Q₇ ist ebenfalls mit der Gleichstromleistungsquelle DCS verbunden. Der Kollektor

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des Transistors Qy ist an einen Lastwiderstand R^-, angeschlossen. Eine Parallelschaltung aus einem Kondensator Ct und einem Widerstand R,, ^ ist über einen Widerstand R^ . mit der Gleichstromleistungsquelle DCS verbunden, die mittels eines Schalters S ein-, und ausgeschaltet wird.

Die Betriebsweise ist wie folgt: Wenn der Schalter S geschlossen wird, wird Leistung von der Leistungsquelle DCS an die Steurschaltung 16A gegeben. Eine Differenz in der Anstiegzeit abhängig von dem verwendeten Motor kann durch einen variablen Widerstand R^. ausgeglichen werden. Wenn die Spannung am Kondensator C₁- zunimmt, nimmt auch das Basispotential des Transistors Q^ zu, so daß dieser leitend wird. Infolgedessen fällt das Kollektorpotential, so daß der Transistor Qy leitend wird und ein stufenförmiges Ausgangssignal, welches um eine vorbestimmte Zeit nach Schließen des Schalters S verzögert ist, wird vom Kollektor abgeleitet und der Phasenschiebeschaltung 16 zugeführt, wobei diese betätigt wird.

Eine weitere Ausführungsform dient ebenfalls zur Steuerung des synchronen Antriebs eines bürstenlosen Motorsⁱⁿder mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben Art.

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Wenn in den bekannten Geschwindigkeitssteuersystemen für bürstenlose Motoren die Impulsbreite der Treibstromimpulse sich ändert, kann die rückwärtige Flanke des Impulses oder der Aus-Zustand in einem beliebigen Phasenwinkel vorkommen, so daß in einigen Fällen die hintere Flanke oder der Aus-Zustand mit der Lage des maximalen Drehmomentes zusammenfällt, Als Ergebnis wird dann ein verringertes Drehmoment im Aus-Zustand erhalten, was zu einer Abnahme des Wirkungsgrades des Motors .führt. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird ein System zur Steuerung des synchronen Antriebs des Motors derart vorgesehen, daß die Lage des minimalen Drehmomentes immer in Phase mit dem Mittelpunkt des Aus-Zustandes ist, d.h., im Intervall zwischen zwei angrenzenden Impulsen liegt, wobei die Abnahme des Wirkungsgrades des Motors vermieden wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 10 ist ein bürstenloser Motor dargestellt, dessen Rotor R aus einem Permanentmagneten mit Polen N und S besteht und dessen Feldwicklungen L^ ^ und L,. ^ · auf einem Stator F im rechten Winkel zu weiteren Wicklungen L,,/. stehen. Die Hallgeneratoren H„ und H₀ sind win-

kelmäßig voneinander um 90° voneinander angeordnet und dienen zur Feststellung der Winkellage des Rotors R. Die maximale Ausgangsspannung wird in demjenigen Hallgenerator H^ oder H₂ induziert, der dem Pol des Rotors R gegenüberstellt Die Ausgangsspannungen der Hallgeneratoren H^ und H₂ ändern

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sich, wie aus Zeilen A und B der Fig. 11 hervorgeht, und werden zur Steuerung einer Transistorschalteinrichtung benutzt, damit die Treibströme intermittierend durch die Wicklungen L₁₁ und L₁₂ fliessen können, wie auf den Zeilen C und D der Fig. 11 ersichtlich ist, um den Rotor in vorbestimmter Richtung zu drehen.

Wie aus den Zeilen C und D der Fig. 11 hervorgeht, müssen die Treibströme mit rechteckförmiger Wellenform sich etwas an der vorderen und hinteren Flanke überlappen. Andernfalls entsteht eine tote Lage, von der aus der Motor nicht gestartet werden kann. Wenn jedoch die Treibströme sich überlappen, wird der Ausnutzungsgrad oder der Wirkungsgrad des Motors sinken, wie sich aus Zeile E der Fig. 11 ergibt. Der geringste Wirkungsgrad des Motors kommt bei den Drehwinkeln des Rotors R bei 1V/4 und ganzzahligen Vielfachen hiervon vor. Das Drehmoment des Rotors. R muß konstant sein, aber in der Praxis ändert es sich wegen der .nicht linearen Eigenschaften der Hallgeneratoren und der in den Schalt- und Treibschaltungen verwendeten Transistoren. Wenn der Rotor R in den mit U und W in Fig. 10 dargestellten Positionen ist, wird das maximale Drehmoment erzeugt, während das minimale Drehmoment in den Stellungen V und X des Rotors vorkommt. Die Änderung des Drehmoments ist in Zeile F der Fig. 11 dargestellt.

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Das neue Steuersystem des Gleichstrommotors ist von der sogenannten Iinpulssteuerart, bei welcher die Treibströme von rechteckförmiger Wellenform intermittierend zur Steuerung der Drehung des Motors zugeführt werden, so daß es . vorteilhaft ist, den Aus-Zustand der Treibströme mit der Lage des minimalen Wirkungsgrades oder Drehmomentes zusammenfallen zu lassen, wie sich aus Zeile G der Fig. 11 ergibt. Deshalb wird in der vierten Ausführungsform der Erfindung der Mittelpunkt des Aus-Zustandes mit der Phase oder Lage des minimalen Drehmomentes zusammenfallend gemacht, wie sich aus Zeilen F und G der Fig. 11 ergibt. Die Treibströme können so immer bei den Lagen für maximales Drehmoment fliessen, wobei der Wirkungsgrad des Motors verbessert wird.

Die Blockschaltung nach Fig. 12A ist im großen und ganzen der Ausführungsform nach Fig. 2 ähnlich, so daß es genügt, nur die Einzelteile zu beschreiben, die in der zweiten Ausführungsform nicht bereits beschrieben oder eingeschlossen sind.

Das Ausgangssignal des Flip-Flop 12 wird an eine noch zu beschreibende Schalteinrichtung 44 angelegt, die dann und nur dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn das Ausgangssignal eines Komparators 38 ebenfalls gleichzeitig anliegt. Ein Tachogenerator 37, welcher die Drehgeschwindigkeit eines

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bürstenlosen Gleichstrommotors 49 feststellt, ist über eine Diode 50 mit dem Eingangfanschluß q des !Comparators 38 und mit dem Eingangsanschluß b des Verknüpfungsgliedes 11 über eine Signalverarbeitungsschaltung 51 verbunden, deren Funktion in der Formung der Wellenform des Ausgangssignals, der Differentation und Gleichrichtung besteht. Die Ausgangsspannungen der Hallgeneratoren H^ und Hp werden durch eine Kombinierschaltung 43 addiert und dem anderen Eingangsanschluß ρ des !Comparators zugeführt. Die Ausgangsspannungen des Hallgenerators KL und Hp werden ebenfalls- der Schalteinrichtung zugeführt, an der das Ausgangssignal des Komparators 38 anliegt, und die Ausgangsklemmen der Schalteinrichtung 44 sind mit jeweiligen Basen von Treibtransistoren 45 bis 48 verbunden, welche die .Treibströme den Wicklungen L^ bis L^. zuführen. Ein Ein-Aus-Schalter 60 dient zum Ein- und Ausschalten der Gleichstromleistungsquelle DCS.

ι Einzelheiten des Komparators 38 sind in Fig. 12B dargestellt.

Der Komparator 38 vom Differentialtyp umfasst im großen und ganzen einen NPN-Trsnsistör 60, einen PNP-Transistör 61 und 62, Widerstände 69 bis 73 und einen Schalter Sp. Das Ausgangssignal des Tachogenerators 37, welches proportional zur Geschwindigkeit des Motors 49 ist, wird dem Eingangsanschluß q des Komparators 38 zugeführt und das Ausgangssignal der Kombinierschaltung 43, welches eine hohe Impedanz

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aufweist und die Ausgangssignale der Hallgeneratoren EL und Hp addiert, wird dem anderen Eingangsanschluß ρ des !Comparators zugeführt. ¥enn der Motor 49 zu laufen beginnt, ist das Ausgangssignal des Tachogenerators 37 Null, so daß das Emitterpotential des Transistors 60 sehr niedrig ist. Das Ausgangssignal der addierenden Kombinierschaltung 43 wird der Basis des Transistors 60 zugeführt, so daß dieser eingeschaltet wird und das Kollektorpotential fällt. Als Folge hiervon wird der Transistor 61 leitend, aber der Transistor 62 ist ausgeschaltet, so daß kein Ausgangssignal zu der Schalteinrichtung 44 übertragen v/ird. Die Treibströme werden aufeinanderfolgend den Wicklungen L^ bis L^^ zugeführt, so daß die Geschwindigkeit des Motors 49 allmählich zunimmt. Im Maße die Drehgeschwindigkeit des Motors 54 zunimmt, nimmt die Ausgangsspannung des Tachogenerators 37 ebenfalls zu, so daß das Emitterpotential des Transistors 60 entsprechend der Drehgeschwindigkeit des Rotors R vorgespannt wird und den Transistor 60 abschaltet. Wenn nicht die Summe der Ausgangsspannungen der Hallgeneratoren H^ und Hp weiterhin abfällt, um das Basispotential anzuheben, ist der Transistor 60 infolgedessen nicht leitend, so daß der Transistor 61 ebenfalls nicht leitend wird, während der Transistor 62 leitend geschaltet wird. Das Ausgangssignal des Transistors 62 wird der Schalteinrichtung 44 zugeführt, um deren Schaltaktion in Gang zu setzen.

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Eine Konstantspannungsschaltung mit einer Zenerdiode 39 und einem Transistor 40 (Fig. 12A) dient dazu, die mittlere Amplitude der kombinierten Ausgangsspannung der Hallgeneratoren ILj und H₂ konstant zu machen. Das Ausgangs signal des Komparator s 38 mit den beiden Eingängen stellt einen Impuls dar, dessen Mittelpunkt mit der Spitze des Ausgangssignals der Kombinierschaltung 43 zusammenfällt und deren Impulsbreite die Amplitude des Ausgangssignals des Tachogenerators 37 darstellt. Die Steuersignale, welche bei dem Phasenwinkel von ίΐ/2 und ganzzahligen Vielfachen hiervon vorkommen, werden der Schalteinrichtung 44 zugeführt, so daß die an die Wicklungen L^ bis Ly. - zuzuführenden Treibströme in Impulse in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Hallgeneratoren Ey. und Hp umgewandelt werden.

Die Beispiele der Wellenformen des Treibstromes sind in Fig. 13 dargestellt. Deren Teile A zeigt die Wellenform, wenn die Geschwindigkeit geringer ist als eine vorbestimmte Geschwindigkeit, das Ausgangssignal des Tachogenerators 37 Null oder extrem niedrig ist und kein Steuersignal von dem Komparator 38 abgeleitet wird. Die Zeile B der Fig. 13 zeigt die Wellenform, wenn die Geschwindigkeit leicht angestiegen ist, und Zeile C die Wellenform, wenn die Geschwindigkeit hoch wird. Wie aus Fig. 13 hervorgeht, kommen die Treibströme bei den Winkelpositionen vor, die um 45° von den Lagen des

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maximalen Drehmomentes (U und ¥ in Fig. 10) entfernt liegen, weil die Steuersignale des !Comparators 38 ihre Spitzen bei den Lagen für maximales Drehmoment (U und ¥ in Fig. 10) haben, so daß die Ausgangssignale der Schalteinrichtung 44, die von den Steuersignalen des Komparators 38 gesteuert werden, in Lagen entsprechend den Positionen des maximalen Drehmomentes vorkommen (U und ¥ in Fig. 10). Solche Treibimpulsströme fliessen aufeinanderfolgend durch die ¥icklungen L^^ bis Im α, wie die Transistoren 45 bis 48 in der Treibschaltung aufeinanderfolgend angeschaltet werden, so daß der Motor 49 in seiner Rotation fortfährt. Die Drehgeschwindigkeit des Motors 49 wird von dem Tachogenerator 37 festgestellt, so daß der Motor 49 mit der vorbestimmten konstanten Geschwindigkeit in der bereits beschriebenen ¥eise drehen kann. Der Aus-Zustand des Treibstromes kommt in der Lage des minimalen Drehmomentes bzw. ¥irkungsgrades vor, aber die Treibströme fliessen immer in der Lage, des maximalen Drehmomentes oder ¥irkungsgrades, so daß der ¥irkungsgrad des Motors insgesamt bemerkenswert verbessert ist. Es wird darauf hingewiesen, daß der Treibstrom beim Start des Motors 49 nicht in Impulse umgewandelt wird, wie sich aus Zeile A der Fig. 13 ergibt, so daß ein großes Startdrehmoment erhalten wird.

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Fig. 14A zeigt einen Wechselstrom-Tachogenerator in auseinandergezogener Darstellung, und zwar besitzt ein Permanentmagnet 83 Paare von entgegengesetzten Polen und sitzt auf einer Welle 82 des Gleichstrommotors M und passt in die Bohrung 84b eines Weicheisenringes 84, dessen Vorsprünge 84a in eine Bohrung 80b einer Spule 80a einer Windung 80 passt. Die Wicklung 80 passt in einen Weicheisenring 81. Die Wechselstrom-Signalspannung entsprechend der Drehgeschwindigkeit der Welle 82 wird an den Ausgangsklemmen 80c der Wicklung 80 abgenommen. ■

In einem Tachometer der fotoelektrischen Bauart nach Fig. 14B besitzt einen Codierer 85, eine Mehrzahl von undurchsichtigen Stellen 85a und durchsichtigen Stellen 85b, die aufeinanderfolgend angeordnet sind, wird von der Welle 82 zwischen einer Lichtquelle 86 und einem fotoelektrischen Wandler 87 getragen, so daß das Wechselstromsignal, welches die Drehgeschwindigkeit des Motors repräsentiert, von den Ausgangsanschlüssen 87a des Wandlers 87 abgenommen werden kann

In einem Tachometer vom magnetischen Typ nach Fig. 14C besteht eine Scheibe 88 aus magnetischem Material und ist mit Zahnen 88a an dem Rand ausgestattet und wird ebenfalls von der Vfeile 82 getragen. Alternativ sind magnetische Polräume an dem Rand der Scheibe 88 angebracht. Der Fluß-

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wechsel wird von einem magnetischen Kopf 89 abgetastet, so daß das Wechselstromsignal, welches die Drehgeschwindigkeit darstellt, an den Ausgangsklemmen 89a abgenommen werden kann.

In dem neuen Steuersystem können die obigen oder andere bekannte Tachometer verwendet werden.

Die Frequenz der Bezugsimpulse kann variiert werden, um die Drehgeschwindigkeit eines Gleichstrommotors zu variieren, aber es versteht sich, daß auch eine digitale Steuerung möglich ist..Dies bedeutet,, daß das Ausgangssignal des Bezugssignals oder Impulsgenerators in einem Zähler gegeben wird, der die Ausgangsimpulse mit einer passenden Frequenz abgibt. Der Zähler kann modifiziert werden, so daß die Frequenz der abgegebenen Ausgangsimpulse variiert ist. Wenn ferner die Ausgangssignale einer Mehrzahl von Tachogeneratoren in einer Matrixschaltung kombiniert werden, vird eine noch genauere Steuerung eines Gleichstrommotors möglich.

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Claims (1)

1. ■ - 38 Patentansprüche

   1.) Steuervorrichtung zum synchronen Antrieb eines Gleichstrommotors

   mit einer Motorgeschwindigkeit-Feststellungseinrichtung zur Feststellung der Drehgeschwindigkeit eines Gleichstrommotors und Erzeugung eines elektrischen Signals (Motorgeschwindigkeitssignal) mit einer Frequenz entsprechend der Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotors, mit einer Bezugssignalerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Bezugssignals einer vorbestimmten Frequenz zum Antrieb des Gleichstrommotors mit vorbestimmter synchroner Geschwindigkeit,

   und mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung der an den Gleichstrommotor zugeführten Gleichstromleistung in Abhängigkeit zu dem Motorgeschwindigkeitssignal und zu dem Bezugssignal,

   dadurch gekennzeichnet, daß ein Verknüpfungsglied (11) die Übertragung des Motorgeschwindigkeitssignals und des Bezugssignals an die Steuereinrichtung (12) steuert, daß das Verknüpfungsglied (11) das Signal zum Unterbrechen der Leistungszufuhr an den Gleichstrommotor (14, 14') in Abhängigkeit zu dem Signal von der Motorgeschwindigkeits-Feststellungs-

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   einrichtung (1, 17, 18) und dem Signal zur Ermöglichung der Leistungszufuhr an den Gleichstrommotor in Abhängigkeit von dem Signal der Bezugssignal-Erzeugungseinrichtung (6) erzeugt,

   und daß eine Phasenverschiebungseinrichtung (16, 16A) mit ; der Bezugssignal-Erzeugungseinrichtung zum Verschieben der Phase des Bezugssignals betriebsmäßig gekoppelt ist, welches von der Bezugssignal-Erzeugungseinrichtung nach dem Start des Gleichstrommotors empfangen wird und daß das verschobene Bezugssignal an die Steuereinrichtung so angelegt wird, daß diese das Signal zur Unterbrechung der Leistungszufuhr an den Gleichstrommotor erzeugt.

   2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebeeinrichtung eine Phasenschiebeschaltung (16) und eine Steuerschaltung (16A) aufweist, welche zur Verzögerung der Betätigung der Phasenschiebeschaltung dient, die durch diese Steuerschaltung an eine Gleichstromleistungsquelle angekoppelt ist, bis der Gleichstrommotor im wesentlichen die vorbestimmte synchrone Geschwindigkeit erreicht.

   J5. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

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   dadurch gekennzeichnet, daß das Verknüpfungsglied mindestens ein Paar logischer Glieder (I\L bis N/) aufweist, die zur Erzeugung eines ersten Steuersignals in Abhängigkeit von dem Motorgeschwindigkeitssignal der Motorgeschwindigkeit-Feststellungseinrichtung und zur Erzeugung eines zweiten Steuersignals in Abhängigkeit von dem Bezugssignal der Bezugssignal-Erzeugungseinrichtung dienen, wobei das erste und zweite Steuersignal alternativ erzeugt wird.

   4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche T bis 3» d a d u r c h ge kenn ζ e i c h η et, daß Hallgeneratoren (PL· , Hp) mit Bezug auf die magnetischen Pole des Gleichstrommotors in den Fluß abtastender Weise und zur Erzeugung eines Wechselstromsignals einer Frequenz entsprechend der Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotors angeordnet sind.-

   5. Steuervorrichtung nach Anspruch 4,
   dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichsschaltung (38) zum Vergleichen der Ausgangssignale der Hallgeneratoren mit dem Motorgeschwindigkeitssignal der Motorgeschwindigkeit-Feststellungseinrichtung vorgesehen ist, und daß eine Schalteinrichtung (44) zwischen den Hallgeneratoren und dem Gleich-

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   strommotor zur Erzeugung - in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal der Komparatorschaltung - der Signale zum Zulassen und Unterbrechen der Leistungszufuhr an dem Gleichstrommotor, wobei die Geschwindigkeit des Gleichstrommotors im Zusammenwirken mit den Steuersignalen der Steuereinrichtung gesteuert werden.

   6. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Motorgeschwindigkeits-Feststellungseinrichtung eine mit der Welle des Motors drehbare Einrichtung (83, 85, 88) zur Erzeugung eines Wechselstromsignals einer Frequenz entsprechend der Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotors aufweist.

   7. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorgeschwindigkeits-Feststellungseinrichtung magneto-elektrische Wandlerelemente (IL,, Hp) aufweist, die so angeordnet sind, daß sie die von dem Gleichstrommotor erzeugten magnetischen Flüsse feststellen.

   8. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

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   dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzteiler (3, 8) zur Teilung der Frequenz des Motorgeschwindigkeitssignals und/oder des Bezugssignals vorgesehen ist.

   9. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung ein Flip-Flop (12) mit einem Setzeingang S und einem Rücksetzeingang R aufweist, die in Abhängigkeit von dem Bezugssignal gesetzt und in Abhängigkeit von dem Motorgeschwindigkeitssignal rückgesetzt werden.

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