DE2807833A1

DE2807833A1 - Buerstenloses tachometer

Info

Publication number: DE2807833A1
Application number: DE19782807833
Authority: DE
Inventors: Robert H Schmidt
Original assignee: ELECTRO CRAFT CORP
Current assignee: ELECTRO CRAFT CORP
Priority date: 1977-02-25
Filing date: 1978-02-23
Publication date: 1978-08-31
Also published as: IT7848033A0; JPS53106179A; GB1581424A; IT1102267B; FR2382126B1; JPS6131424B2; DE2807833C2; US4088943A; FR2382126A1

Description

Die Erfindung betrifft bürstenlose Gleichstromtachometer im allgemeinen und insbesondere ein Tachometer mit in Reihe geschalteten Feldeffekttransistoren als Schaltbausteine»

Frühere bürstenlose Gleichstromtachometer verwandten im allgemeinen Halbleiterschaltbausteine zur Gleichrichtung der in die Wicklungen eines bürstenlosen Tachometers induzierten Wechselspannung« Diese Vorrichtungen des früheren Standes der Technik brauchen im allgemeinen Zusatzschaltungen zur Unterdrückung der während der Polwendung durch die Umschaltung der Stromwenderelemente des Halbleiters zwischen Masse und dem Eingang des Summierverstärkers in die Statorwicklungen induzierten Stoß- oder Einschvängspannungen,

Die früheren bürstenlosen Tachometer können so gekennzeichnet werden,, daß sie sich für die !Commutation der Tachometerwechselspannung auf Spannungsumschaltverfahren verlassen« Auch die früheren Vorrichtungen verwandten Feldeffekttransistoren für Polwendezwecke wegen ihres niedrigen Einschaltwiderstandes und hohen Äusschaltwiderstandes sowie wegen des Fehlens einer eigenen Verlagerungsspannung f die sonst bei niedrigen Spannungen eine Nichtlinearität in ihren Frequenzgang einführen würde.

Da Anabgtachometer häufig Ausgangsgleichspannungen einer Größe von loo V oder mehr erzeugen müssen, wird die Commutation durch die Spannungsumschaltverfahren des früheren Standes der Technik bald äußerst schwierig, weil keine geeigneten Feldeffekttransistoren zur Verarbeitung der Umschaltung von loo V oder mehr zur Verfügung

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stehen, und die Forderung, daß eine Quelle von + loo V erforderlich ist, um die Tore des Feldeffekttransistors anzusteuern oder abzuschalten. Die frühere Technik der Gleichspannungsumschaltungsverfahren zur !Commutation verursacht auch hohe Spannungsschaltstöße, da der in den induktiven Statorwicklungen fließende Strom notwendigerweise während des Schaltvorganges unterbrochen wird. Bei Tachometern, welche dieses frühere Umschaltverfahren verwenden, müssen in der gesamten Schaltanlage Bauteile mit hohen Nennspannungsbelastungen verwendet werden.

Im Gegensatz zu den Anlagen des früheren Standes der Technik ergibt die Erfindung, welche die Kommutation bürstenloser Tachometer wicklungen unter Verwendung von Stromschaltung in den Summieranschluß eines RechenVerstärkers durchführt, eine verbesserte Leistung und vermeidet den Einsatz von Bauteilen mit hoher Nennspannungsauslegung in der gesamten Anlage. Die Feldeffekttransistorschalter werden gegenüber Spannung durch eine Reihe von Widerständen sowie durch gegensinnig gepolte Klammerdioden auf der Wicklungsseite der Schalter geschützt. Die andere Seite der Feldeffekttransistorschalter ist direkt angeschlossen, ura an den Summierknotenpunkt des Rechenverstärkers, der praktisch an Masse liegt, Strom abzugeben.

Der Einsatz der Klammerdiode auf der Wicklungsseite des Feldeffekttransistors gewährleistet einen durchgehenden Pfad für den Wicklungsstrom und vermeidet Hochspannungsschaltstöße durch schnelle Änderungen des Wicklungsstromes während der Kommutation. Der Wicklungsstrom ist bei der erfindungsgemäßen Einrichtung verhältnismäßig konstant und läuft über die Klammerdioden an Masse, wenn der

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zugeordnete Feldeffekttransistorschalter abgeschaltet ist oder der Strom über den Feldeffekttransistor am Summierknotenpunkt praktisch an Masse gelangt, wenn der Feldeffekttransistor durchsteuert. Somit wird der Wicklungsstrom niemals während der Polwandlung vollständig unterbrochen, und es werden auch keine Hochspannungsschaltstöße induziert»

Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen neuartigen bürstenlosen Gleichspannungstachometer unter Verwendung verhältnismäßig billiger Bauteile zu schaffen, der eine verbesserte Linearität und Genauigkeit mit einem Minimum an Einschaltstößen verbindet» Erfindungsgemäß ist ein neuartiger bürstenloser Gleichspannungstachometer unter Verwendung von Niederspannungsfeldeffekttransistoren bei einem Stromumschalt- statt eines Spannungsumschalfever fahr ens vorgesehen. Sodann soll nach der Erfindtang ein neuartiger bürstenloser Tachometer unter Verwendung eines RechenVerstärkers geschaffen werden, der durch eine Spannung von erheblich geringerer Größe angesteuert wird als die Gleichspannungen, die normalerweise durch Tachometerwicklungen erzeugt werden.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zeigen?

Fig„ 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild des frü

heren Gleichspannungskommutationstachometers

Fig„ 2 einen vereinfachten Stromlaufplan eines

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erfindungsgemäßen bürstenlosen Gleichspannungstachometers ;

Fig. 3a und 3b detaillierte Stromlaufplane eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindung;

Fig. 4 ein Phasenbild der verschiedenen Tachometer

wicklungsspannungen, der logischen Kodiersignale und der Ansteuerungssignale für den Feldeffekttransistor, die am bürstenlosen Gleichspannungstachometer der Fig. 3 anliegen.

Bei dem früheren Tachometer der Fig. 1 ist eine Reihe von vier bürstenlosen Tachometerwicklungen W,X,Y,Z gezeigt, die so in dem Luftspalt des Tachometers angeordnet sind, daß sie durch ein magnetisches Drehkraftfeld geschnitten werden und eine induzierte Spannung erzeugen, deren Größe direkt der Drehzahl der Ankerwelle proportional ist. Die Wicklungen sind in Sternschaltung an einen gemeinsamen Punkt 12 und von dort aus an Masse geführt. Die anderen Enden der Wicklungen W,X,Y,Z sind über Feldeffekttransistoren 15, 16,17,18 an ein entsprechendes Glättungsglied 2o geführt, das entweder ein Tiefpaßfilter oder ein Rechenverstärker sein kann. Die Torklemmen der Feldeffekttransistoren 15,16,17,18 sind an eine Schaltung 25 zur Ansteuerung einer Kommutationslogik sowie der Feldeffekttransistoren geführt, welche der Reihe nach einen aus der Gruppe der vier Feldeffekttransistoren ansteuert , um die Wicklungsspannung an den Glättungskreis 2o anzukoppeln. Ein eigener, mit der Drehachse des Tachometers verbundener Kommutator

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dient der Erzeugimg des Steuersignals, um den richtigen Feldeffekttransistor anzuschalten und die entsprechende Wicklung an den Glättungskreis während des Teiles der Tachometerachsendrehung anzukoppeln _r wenn an der Wicklung eine der Drehzahl des Tachometers proportionale Spannung anliegt«

Bei der früheren, in Fig. 1 gezeigten Schaltung muß jeder einzelne Feldeffekttransistor 15,IG„17,18 die durch seine zugeordnete Tachometerwicklung erzeugte Spannung umschalten können» Da viele Tachometerwicklungen im Normalbetrieb bis zu loo V = erzeugen, wird der Einsatz von Feldeffekttransistoren erforderlich, welche diese Größenordnung von Spannung verarbeiten und schalten können. Ebenso müssen auch die Bauteile eines Verstärkers, der sich im Tiefpaßfilter oder im Rechenverstärkerblock 2o befindet, diese verhältnismäßig hohen Gleichspannungen verarbeiten können. Außerdem bewirkt der Betrieb der Feldeffekttransistorschalter 15,15,17,18 daß sich Einschaltspannungsstöße an den Wicklungen W,X,Y,Z entwickeln, weil ein Strom von den Wicklungen in der Zeitspanne abgenommen wird, wenn der Feldeffekttransistor angeschaltet wird und kein Strom von den Wicklungen der Zeitspanne abgegriffen wird, wenn er abgeschaltet wird. Das verhältnismäßig schnelle Abschalten des Feldeffekttransistors wirkt mit der Induktivität der Tachometerwicklungen zusammen, um große Einschaltstoßspannungen zu induzieren«

Mach Fig_o 2 ist ein Ende der Tachometerwicklungen W,X,Y,Z an eine Masseklemme 3o angeschlossen» Die anderen Enden der Wicklungen sind über Widerstände 32,33,34,35 an Knotenpunkte 38,39,4o,41 geführt. Die einzelnen Knotenpunkte 38,39,40,41 sind jeweils über

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- - ^w - Io -

- Io -

zwei parallel und gegensinnig geschaltete Dioden an Masse geführt sowie jeweils über einen Feldeffekttransistor 44,45,46,47 an einen Summierknotenpunkt 5o eines RechenVerstärkers 51.

Wenn z.B. der Feldeffekttransistor 44 sperrt, gelangt der induzierte Strom von der Wicklung W über den Widerstand 32 und den Knotenpunkt 38 sowie eine der beiden gegensinnig geschalteten Dioden an Masse. Wird der Feldeffekttransistor 44 angesteuert, läuft der Strom über den Widerstand 32 und den Knotenpunkt 38 durch den Feldeffekttransistor 44 mit einem niedrigen vorwärts gerichteten Spannungsabfall zum Summierknotenpunkt 5o, der praktisch auf Massepotential liegt, wobei kein Strom über die gegensinnig geschaltete Diode läuft, weil die Spannung nicht ausreicht, die Eigenversetzungsspannung der Diode zu überschreiten. Beim Abschalten des Feldeffekttransistors 44 fließt der über den Knotenpunkt 38 fließende Strom wieder über die gegensinnig geschalteten Dioden an Masse. Das An- und Abschalten des Feldeffekttransistors 44 bewirkt eine verhältnismäßig geringe Änderung des Stromflusses von der Wicklung W aus, so daß sich ein Induktionsspannungsstoß ergibt.

Der Betrieb der Feldeffekttransistoren 44,45,46,47 wird durch die

die

logische Kommutatorschaltung 55 gesteuert, lediglich als Blockschaltbild gezeigt ist.

Der frühere Stand der Technik kennt eine Anzahl von Kommutationsschaltungen zur Abgabe von Schaltbefehlen an einen von einer Reihe von Kommuta torschal tem. Normalerweise solche logischen

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Koiranutationsschaltungen erhalten ein Stellungskodiersignal von der Tachometerwelle und geben ein Signal an den Feldeffekttransistor ab, den entsprechenden Transistor anzusteuern, so daß die Tachometerwicklung, welche ein Kraftliniefeld einer der Wellendrehzahl proportionalen Geschwindigkeit schneidet, an die Endstufe angekoppelt wird. In der Schaltung der Fig. 2 ermöglicht das Stromumschaltanstelle des Spannungsumschaltverfahrens den Einsatz der Feldeffekttransistoren 44,45,46 und 47, welche Feldeffekttransistoren mit einer verhältnismäßig niedrigen Nennspannung sind, sov/ie auch den Einsatz der logischen Kommutationsschaltung 55, die ebenfalls mit einer verhältnismäßig niedrigen Nennspannung arbeitet.

Die an der logischen Kommutationsschaltung 55 anliegende Spannung kann beim erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel in der Größenordnung von 15 V liegen, wobei die Feldeffekttransistoren nur einen Spannungspegel gleich dem vorwärts gerichteten Spannungsabfall an der gegensinnig geschalteten Diode oder etwa ± o,7 V schalten müssen.

Der Verstärker 51 ist ein Inversionsverstärker zur Erzeugung der Spannungen +Ä und -A. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel können diese Spannungen + 15 V betragen. Würde das herkömmliche frühere Umschaltverfahren benutzt werden, müßten Versorgungsspannungen verwendet werden, welche stärker sind als die, die von den Wick= lungen W,X,Y,Z erzeugt werden sollen, welche in normalen Anwendungsfallen loo V übersteigen können.

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Der Ausgang des Inversionsverstärkers 51 ist an einen nicht inverr tierenden Hochspannungstrennverstärker 58 geführt, der mit einer Hochspannungsquelle +B und -B verbunden ist. Bei normalen Anwendungen können diese Gleichspannungen in der Größenordnung von + loo bis 12o V = sein. Der Ausgang des Verstärkers 58 ist über einen Rückführungswiderstand 6o an den Summierknotenpunkt 5o des Verstärkers 51 geführt, um einen Gesamtverstärker mit geringer Drift und hoher Verstärkungsstabilität zu schaffen. Die Verstärkung des Verstärkers 58 ist so gewählt, daß der Niederspannungsverstärker 51 den Ausgang des Verstärkers 58 bis zum vollen Bereich der gewünschten Ausgangsspannungswerte aussteuern kann.

Die Fig. 3a,3b zeigen einen detaillierten Stromlaufplan des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Fig. 4 zeigt die Phasenbeziehung von einigen an verschiedenen Punkten der Schaltung der Fig. 3 anliegenden Spannungen. Wie im Fall der Fig. 2 sind die Wicklungen des bürstenlosen Tachometers W,X,Y,Z mit einem gemeinsamen Massepunkt 3o verbunden. Die Wellenformen der an den Wicklungen W,X,Y,Z anliegenden Spannungen sind in Fig. 4 gezeigt; es sind trapezförmige Wellenformen, die um einen Betrag phasenverschoben sind, der dem elektrischen Winkel zwischen den Spulen entspricht, die auf den Ständer des bürstenlosen Gleichstromtachometers gewickelt sind. Die Höhe der Trapezwellenform ist eine Funktion der Tachometerwellendrehzahl.

Die Wicklung W ist über den Widerstand 32 an den Knotenpunkt 38 geführt, der seinerseits an die Anode bzw. Kathode der Dioden65,66

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angeschlossen ist, die ihrerseits direkt an Masse gelegt sind. Vollkommen analog ist die Wicklung X über den Widerstand 33 an den Knotenpunkt 39 angeschlossen und von dort über die Dioden 67,68 an Masse gelegt. Die Wicklung Y ist über den Widerstand 34 mit dem Knotenpunkt 4o verbunden und von dort über die Dioden 69,7o an Masse geschlossen, und die Wicklung Z über den Widerstand 35 an den Knotenpunkt 41 angeschlossen und von dort über die Dioden 71,7 an Masse geführt. Die Knotenpunkte 38,39,4o,41 sind dann an die Eingangsklemmen eines mit vier Feldeffekttransistoren bestückten Bausteins 75 geführt, der aus den Feldeffekttransistoren 44,45,46, 47 besteht, welche noch mit den internen Schutzdioden 78,79,80,81 versehen sind, deren Anoden an die Feldeffekttransdstorklemme und deren Kathoden an Masse geschlossen sind» Der Baustein 75 ist ein Feldeffekttransistorbaustein AH 5ol2, der National Semiconductor Company.

Die anderen Signalklemmen der Feldeffekttransistoren 44,45,46,47 sind mit dem Summierknotenpunkt 5o verbunden= Die Torklemme des Feldeffekttransistors 44 ist an die Klemme 85 einer logischen Kommuta tionskodierschaltung 86 angeschlossen, deren Ausgangsklemmen 87,88,89 an die Torklemmen der Feldeffekttransistoren 45,46,47 geführt sind. Die logische Schaltung 86 ist ein Zweibit-Binärdekoder "1 aus 4", Typ 4556 der Firma Motorola, an dessen Eingangskiemmen 9Oj91 die in Fig. 4 gezeigten logischen Kodiersignale anliegen und der an seinen Ausgangsklemmen 85,87,88,89 die in Fig„ 4 gezeig= ten Steuersignale flfc· den Feldeffekttransistor erzeugte

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Da die Feldeffekttransistoren 44,45,46,47 nur durch logische Signale "O" der Schaltung 86 angesteuert werden können, ergibt sich aus den Signalen der Fig. 4, daß jeweils zu einem Zeitpunkt nur ein Feldeffekttransistorschalter angesteuert ist und daß jeder Feldeffekttransistorschalter an- oder abgeschaltet wird in Abhängigkeit vom logischen Schaltzustand der Signale an den Eiigängen 9o,91, welche von einem Kommutationskodiergerät 95 her anliegen. Das Kommutationskodiergerät kann ein Gerät für die Wellensteilung sein, das mechanisch, optisch oder anderweitig mit der Tachometerwelle verbunden ist und zur Erzeugung eines Satzes logischer Signale (Fig. 4) dient, die an den Klemmen 9o,91 der Schaltung 86 anliegen.

Aus Fig. 4 geht ferner hervor, daß die Phasenbeziehung der an den Klemmen 9o,91 der Schaltung 86 anliegenden Signale so eingestellt ist, daß die Steuersignale der Klemmen 85,87,88,89 für die Feldeffekttransistoren 44,45,46,47 so gewählt sind, daß diese Feldeffekttransistoren angesteuert werden, so daß die Größe der Wicklungsspannung einer bestimmten Wicklung für einen bestimmten Abschnitt der Wellenstellungäbgegriffen wird, wobei die Wicklungsspannung einzig und allein eine Funktion der WeIlendrehzahl und nicht der WeIlenstellung ist. Dieser Abschnitt der Wellenstellung tritt während des abgeflachten Teils der entsprechenden Wellenform der Wicklungsspannung auf. Die Widerstände 32,33,34,35 dienen als Eingangswiderstände für den Inversionsrechenverstärker 51 und besitzen in bevorzugtem Ausführungsbeispiel einen Wert von loo.ooo Ohm. Da der Summierknotenpunkt des Verstärkers 51 praktisch an Masse liegt, liegt an einem der entsprechenden Eingangswiderstände eines

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der Feldeffekttransistorschalter 44,45,46,47, vorausgesetzt, daß dieser angesteuert ist, eine Spannung an, die effektiv mit seiner entsprechenden Wicklungsspannung identisch ist. Die·Eingangswiderstände setzen dann die Wicklungsspannungen in einen ihnen proportionalen Strom um, wobei die Proportionalitätskonstante l:loo.ooo Ohm ist.

Die Dioden 65-7 2 und 78-81 erfüllen zwei Aufgaben. Zuerst verhindern sie, daß die Spannung an den Eingängen der Feldeffekttransistoren 44-47 einen annähernden Wert von 4- o,7 V gegen Masse übersteigt, um die Feldeffekttransistorschalter gegen Hochspannungsschäden oder unerwünschte Ansteuerung zu schützen. Zweitens stellen diese Dioden einen ununterbrochenen Pfad für den Tachometerwicklungsstrom dar. Wenn z.B. der Feldeffekttransistorschalter 44 angesteuert ist,

Wenn

durchläuft der Wicklungsstrom den Schalter, der Feldeffekttransistorschalter 44 abgeschaltet ist, durchläuft der Wicklungsstrom entweder die Dioden 65,78 oder 66 in Abhängigkeit von der Polarität der in die Tachometerwicklung W induzierten Spannung. Da der Wicklungsstrom niemals durch den Schaltvorgang unterbrochen wird, wird einerseits der durch die Induktionswirkung auf die Wicklung ausgelöste Einschaltspannungsstoß und andererseits der schnelle Stromwechsel weitgehend herabgesetzt, um eine Tachometerausgangsspannung zu ergeben, praktisch frei von Einschaltstößen ist.

Der Rechenverstärker 51 wird von einer ziemlich niedrigen Spannungsquelle + 15 V betrieben. Ein Rückführungswiderstand 6o ist mit einem Ausgang 16 5 der Tachometerschaltung verbunden, so daß der

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Verstärkungsgrad- und Driftfehler des Pufferverstärkers 58 durch die Verstärkung des Rechenverstärkers 51 unterdrückt werden, wobei der Abstand bei einem normalen handelsüblichen Verstärker wie der LM 3o8 H der National Semiconductor Company, der im bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet wird, loo db beträgt. Ein Rückführungskondensator loo, ein Kondensator lol sowie ein Widerstand Io2, die zwischen dem Inversionseingang und dem nichtinversierenden Eingang des Verstärkers 51 in Reihe geschaltet sind, dienen der Aufrechterhaltung der Stabilität der gesamten Rückführungs- oder Regelschaltung. Ein Potentiometer Io5 ist über einen Widerstand Io6 an den nicht invertierenden Eingang des RechenVerstärkers 51 angeschlossen. Der nicht invertierende Eingang des Verstärkers 51 ist über einen Widerstand Io7 an Masse gelegt. Das Potentiometer Io5 und die Widerstände Io6 sowie Io7 dienen zur Erzeugung einer einstellbaren Versetzungsspannung zur Abstimmung der Anlage.

Ein Widerstand Ho ist einerseits an die GleichspannungsVersorgung von 12o V und andererseits an eine 15 V-Zenerdiode 111 geführt, welche eine positive Gleichspannungsquelle von 15 V für den Rechenverstärker 51 und für die logische Schaltung 86 darstellt. Ein Kondensator 112 ist zwischen den 15 V-Gleichspannungspunkt und Masse geschaltet, um die Versorgungsspannung von 15 V zu filtern. Ebenso ist ein Widerstand 115 zwischen die negative Versorgungss pannung von 12o V = und eine 15 V Zenerdiode 116 geschaltet, die zur Versorgung der Gleichspannung -15 V dient, welche durch einen Kondensator 117 gefiltert wird. Zwischen die Klemmen 1 und 8 des Rechenverstärkers 51 ist ein Kondensator 5 3 geschaltet. Die

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KlemmenbeZeichnungen des Verstärkers 51 entsprechen jenen, die vom Hersteller des Verstärkers LM 38o H angegeben sind.

Das vom Stift 6 des Rechenverstärkers 51 abgegriffene Ausgangssignal steuert den nicht invertierenden Bfferverstärker 58 an, welcher die Transistoren 122,123,124,125 zusammen mit den zugeordneten Schaltungsteilen umfaßt. Der Hfferverstärker 58 des be= vorzugten Ausführungsbeispiels arbeitet mit einem Verstärkungsgrad von 33, so daß eine maximale Ausgangsspannung von + Io V des Re= chenVerstärkers 51 das Ausgangssignal des Pufferverstärkers theoretisch auf ein Maximum von + 33o V aussteuern kann» Der Verstärkungsgrad des Pufferverstärkers kann jedoch auf jeden positiven Sollwert eingestellt werden, der mit der maximalen Sollaus= gangsspannung vereinbar ist.

Ein Widerstand 13o ist zwischen dem positiven Pol der 15 V-Versorgungsspannung und der Basis des Transistors 122 geschaltet, während ein Widerstand 131 zwischen den negativen Pol der 15 V-Versorgungsspannung und der Basis des Transistors 123 angeordnet ist. Die Widerstände 13o,131 sorgen für den Vormagnetisierungsstrom der Dioden 132,133, so daß der Abfall der Spannung an der Diode 132 gleich oder etwas größer ist als der Spannungsabfall an der Emitterbasisstrecke des Transistors 122, und der Spannungsabfall an der Diode 133 gleich oder etwas größer ist als der Span«= nungsabSil an der EmitterHBasisstreeke des Transistors 123. Diese Vormagnetisierungsanordnung besitzt die Wirkung, übergangsverzerrun= gen des Verstärkers herabzusetzen»

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Der Emitter des Transistors 122 ist über einen Widerstand 135 an einen Knotenpunkt 136 geführt, der über einen weiteren Widerstand 137 an Masse gelegt ist. Der Emitter des Transistors 123 ist über einen Widerstand 139 mit dem Knotenpunkt 136 verbunden. Die Transistoren 122,123 sind Stromquellen, deren Kollektorströme proportional der Differenz zwischen der Steuerspannung am Ausgang des Verstärkers 51 und der Rückführungsspannung des Knotenpunktes 136 sind. Die Widerstände 135,139 sind Emitter-Stabilisierungswiderstände zur Stabilisierung des Vormagnetisierungsstromes. Der Kollektor des Transistors 122 ist an einen Vorwiderstand 141 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 123 ist mit einem Vorwiderstand 14 2 verbunden. Die Vorwiderstände 141,14 2 verhindern einen unvorhergesehenen Leistungsverlust der Transistoren 122 und 123.

Die Ausgangstransistoren 124,125 sind ebenfalls als Stromquellen geschaltet, deren Kollektorströme den Kollektorströmen der Transistoren 122,123 proportional sind. Die Kollektorströme der Transistoren 124,125 sind um das Verhältnis des Widerstandes zwischen Widerstand 145 und 146 sowie Widerstand 147 und 148 stärker als die Kollektorströme der Transistoren 122,123. Der Widerstand 145 ist zwischen den Widerstand 141 und die Kathode einer Diode 15o geschaltet, deren Anode an die Versorgungsspannung von 12o V geführt ist. Ein Widerstand 146 ist zwischen dem Emitter des Transistors 124 und der Versorgungsspannung von 12o V angeordnet. Ein Widerstand 147 ist zwischen den Widerstand 14 2 und die Anode einer Diode 151 geschaltet, deren Kathode an den Minuspol der Versorgungsspannung von 12o V angeschlossen ist. Ein Widerstand 148

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ist zwischen den Emitter des Transistors 125 und den Minuspol der Versorgungsspannung von 12o V gelegt.

Eine Zenerdiode 155 ist zwischen die Basis des Transistors 124 und die 12o V—Versorgungsspannung,, und eine Zenerdiode 156 zwischen die Basis des Transistors 125 und den negativen Pol der Versorgungsspannung von 12o V geschaltet« Dioden 155 ,,156 dienen zur Anpassung des Spannungsabfalls an der Emitter-Basisstrecke der Transistoren 124,125, womit sie die Übergangsverzerrung am Ausgang des Verstärkers 58 verringern. Die Zenerdioden 155,156, deren Zündspannungswert im bevorzugten Ausführungsbeispiel bei 5,1 V liegt,sperren unter normalen Betriebsbedingungen» Sie steuern durch, wenn der Kollektorstrom der Transistoren 124,125 einen vorgegebenen Wert übersteigt, so daß die Zenerdioden als Strombegrenzer dienen, indem sie die Basisspannungen der Transistoren 124,125 auf vorgegebenen Werten halten und damit die maximalen Ausgangsstrom auf einen vorgegebenen Wert begrenzen und die Ausgangstransistoren 124 und 125 schützen.

Der Knotenpunkt 136 ist über einen Transistor 16o an einen Knotenpunkt 161 geführt, der ebenfalls mit den Kollektoren der Transistoren 124,125 verbunden ist= Der Knotenpunkt 161 ist auch über den Kondensator loo an den Summierknotenpunkt 5o angeschlossen der seinerseits mit dem Eingang an Stift 2 des RechenVerstärkers 51 über einen weiteren Widerstand 16 2 verbunden ist„ Der Knotenpunkt 161 ist über einen Widerstand 166 an die Tachometerausgangsklemme 165 angeschlossen.

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Die Tachometerausgangsklemme 165 ist über den Rückführungswiderstand 6o mit dem Summierknotenpunkt 5o verbunden. Der Widerstand 166 dient zur Stilisierung des Verstärkers bei großen kapazitiven Lasten. Die Widerstände 16o,137 bilden ein örtliches Rückführungsnetzwerk vom Ausgang zum Eingang des Pufferverstärkers 58, das zur Stabilisierung des Verstärkungsgrades und der Drift vorgesehen ist. Der Pufferverstärker 58 ist ein nichtinvertierender Regelverstärker, dessen Verstärkungsgrad durch das Verhältnis der Summe der ohmischen Werte der Widerstände 137,16ο dividiert durch den ohmischen Wert des Widerstandes 137 bestimmt wird. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Verstärker auf einen Ausgangsstrom vom Hl· 24 mA begrenzt.

Die gesamte Regelverstärkung des Tachometerverstärkers ist gleich dem Verhältnis des ohmischen Wertes des Rückführungswiderstandes 6o zum ohmischen Wert des Widerstandes 32 für den Teil des Arbeitszyklus, in welchem die Spannung von der Wicklung W abgegriffen wird. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der ohmische Wert der Widerstände 32,33,34,35 gleich, und sowohl diese Widerstände als auch der Rückführungswiderstand 6ο wurden auf loo kOhm eingestellt.

Wegen der besonderen Schaltungsanordnung der Erfindung brauchen nur die Transistoren 122,123,124 und 125 sowie der Kondensator loo auf eine Steuerspannung von + 12o V ausgelegt werden. AHe anderen Bauteile sind für Niederspannung ausgelegt.

Ausser dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind noch weitere möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Leerse § f e

Claims

Patentansprüche

1.fBürstenloses Tachometer zur Abgabe einer Ausgangsgleichspannung welche der Drehzahl einer Welle proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärker (51) einen Efogangssummierknotenpunkt (5o) sowie eine Ausgangsklemme (6) besitzt, daß eine Vorrichtung ein sich mit der Welle (3o) drehendes Magnetfeld erzeugt, ferner dadurch, daß eine Anzahl von Spulen (W,X,Y,Z) um die Welle (3o) angeordnet ist, um durch äas Magnetfeld bei Drehung der Welle (3o) beaufschlagt zu werden, daß eine Seite der einzelnen Spulen (W,X,Y,Z) an eine Bezugsspannungsquelle (+Α,15V) geführt ist, sodann dadurch, daß eine Anzahl von Schaltvorrichtungen (44,45,46,47) jeweils eine erste Schaltklemme besitzt, welche an den Summierknofcenpunkt (5o) des Verstärkers (51) geführt ist sowie auch eine zweite Schaltklemme und eine Steuerklasse, weiter dadurch, daß eine Anzahl von Widerständen (32,33,34,35) jeweils zwischen die andere Seite einer der Spulen (W,S,Y,Z) rand eine der zweiten Schaltklemmen der Schaltvorrieh·=

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tungen (44,45,46,47) geführt ist, sowie dadurch, daß eine Anzahl von einsinnig gerichteten stromleitenden und spannungsversetzenden, paarweise angeordneten Vorrichtungen (65,66-67,68-69, 7o-71,72) zwischen die zweite Schaltklemme einer jeden Schaltvorrichtung (44,45,46,47) und die Bezugsspannungsquelle (+A 15V) geschaltet ist und schließlich dadurch, daß eine Komimitations-Vorrichtung (86) die Winkelstellung der Welle (3o) abgreift und Steuersignale an die einzelnen Steuerklemmen der verschiedenen Schaltvorrichtungen (44,45,46,47) abgibt, um dfese Schaltvorrichtungen für einen Teil einer Umdrehung der Welle (3o) anzusteuern, wobei in dieser Zeitspanne die an der Spule (W) anliegende Spannung proportional der Drehzahl der Welle (3o) ist, so daß das Signal an der Ausgangsklemme (6) des Gleichstromverstärker (51) proportional ist der Drehzahl der Welle (3o).

2. Tachometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtungen Feldeffektstransistoren (44,45,46,47) sind.

3. Tachometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einseitig gerichteten stromleitenden und Spannungsversetzungsvorrichtungen Halbleiterdioden (65,66,67,68,69,7o,71,72) sind.

4. Tachometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (51,58) einen Rechenverstärkerteil (51) umfaßt, der durch eine Niederspannungsversorgungsquelle (+ 15V) gesteuert wird, sowie einen Pufferverstärkerteil (58) , der an den Ausgang des Rechenverstärkers (51) angeschlossen ist, und durch eine

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Gleichspannungsquelle hoher Spannung (+ 12oV) versorgt wird, ferner dadurch, daß der Verstärker (51,58) eine Rückführungsvorrichtung (6o) zwischen der Ausgangsklemme des Pufferverstärkers (58) und dem Eingangssummierknotenpunkt (5o) umfaßt,

5ο Tachometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulensatz mindestens vier Spulen (W,X,Y,Z) umfaßt, die durch im wesentlichen gleiche elektrische Winkel um die Welle (3o) voneinander getrennt sind.

6. Tachometer zur Abgabe einer Ausgangsgleichspannung, welche proportional der Drehzahl einer Welle einschließlich eines Gleich= Strommagneten ist, der sich mit der Welle dreht, sowie mit einer Anzahl von um die Welle herum angeordneten Tachometerstatorspulen, welche so positioniert sind, daß sie die magnetischen Kraftflußlinien des Magneten schneiden, ferner mit Schaltvorrichtungen zur Kommutierung der Spulen, ohne im wesentlichen den Stromfluß in den Spulen zu verändern, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Widerständen (32,33,34,35) in Reihe mit den Spulen (W,X,Y,Z) geschaltet ist, ferner dadurch, daß eine An= zahl von Schaltvorrichtungen (44,45,46,47) zwischen den Spulen (W,X,Y,Z) und einem Summierknotenpunkt (5o) eines Gleichstromverstärkers (51) angeordnet ist, sodann dadurch, daß mindestens die an Masse gelegte Anode einer Diode (65,67,69,71) so geschaltet ist, daß sie einen Strompfad zwischen der Spulenseite des Schalters (44,45,46,47) und Masse bildet und schließlich dadurch,

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daß mindestens eine an Hasse geführte Kathode einer Diode (66, 68,7o,72) so geschaltet ist, daß sie einen Strompfad zwischen der Spulenseite des Schalters (44,45,46,47) und Masse bildet.

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