WO1995008869A2 - Schaltung zur steuerung mit mehreren sensoren - Google Patents

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WO1995008869A2
WO1995008869A2 PCT/EP1994/003050 EP9403050W WO9508869A2 WO 1995008869 A2 WO1995008869 A2 WO 1995008869A2 EP 9403050 W EP9403050 W EP 9403050W WO 9508869 A2 WO9508869 A2 WO 9508869A2
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sensors
signal
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Günter Gleim
Friedrich Heizmann
Bernd Rekla
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Deutsche Thomson-Brandt Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/01—Shaping pulses
    • H03K5/08—Shaping pulses by limiting; by thresholding; by slicing, i.e. combined limiting and thresholding
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    • H03K5/08—Shaping pulses by limiting; by thresholding; by slicing, i.e. combined limiting and thresholding
    • H03K5/082—Shaping pulses by limiting; by thresholding; by slicing, i.e. combined limiting and thresholding with an adaptive threshold

Definitions

  • the invention is based on a circuit for control with several sensors according to the preamble of claim 1.
  • a circuit is known from EP-B1-0 351 697 and is e.g. used for commutation or speed control of the capstan motor in a video recorder.
  • Hall elements can be used as sensors for the respective angular position of the rotor. These have a large output voltage range. However, interference is superimposed on the output voltage of such an element, which inter alia is directly magnetically pronounced by the motor coils. Such disturbances are greater than the smallest signal voltage, taking into account all tolerances. For this reason, a simple solution, e.g. filtering out the interference using a threshold voltage or hysteresis, cannot be used or can only be used to a limited extent. An AGC circuit cannot be used either, since the engine must start correctly immediately from a standing start. An AGC circuit would need some oscillation in the input signal to stabilize.
  • the invention is based on the object of realizing a circuit which is also able to suppress the disturbances mentioned and which also maintains this capability indefinitely.
  • the circuit When used on an engine, the circuit should be able to suppress faults even when the engine is not running.
  • the invention is based on the following considerations and knowledge. At the point in time at which the comparator responds for a sensor signal in front of a sensor, that is to say its output voltage changes between the two logical values "0" and "1", it is known that the sensor signal supplied to the comparator is close to 0
  • the invention now takes advantage of the fact that the sensor signals of the other sensors have a significant amplitude due to the similarity and the constant phase shift. For example, in an arrangement with three sensors for a symmetrical rotating field with a 120 ° offset, the sensor signals of the other sensors have an amplitude in the range of 86%. In each case in the comparator for a sensor signal, the sensor signals of the other sensors are used to change the hysteresis.
  • the sensor signals of all sensors are preferably fed to an OR stage which responds to the positive and / or negative peak values of the sensor signals and whose output voltage is applied to the inputs of the comparators which determine the hysteresis.
  • the OR stage then always delivers the sensor signal with the greatest amplitude.
  • the sensor signal coming from a sensor and the output voltage of the OR stage are preferably applied to the two inputs of a comparator. There is a switch between the output of the OR stage and the associated input of the comparator, which is alternately opened and closed by the output voltage of the comparator.
  • a second OR stage can be provided for a second ORing.
  • This second OR stage is then applied with the output voltage of the OR stage with a first polarity and the opposite half-waves of the output voltages of the sensors which are transferred to the first polarity. Then a total number of voltage peaks is available because then alternate the voltage peaks from the first OR stage and the voltage peaks flipped in polarity.
  • the sensors are preferably Hall elements that generate the identification signals on the basis of a magnetic field.
  • the invention is also applicable to other types of sensors, generators and signal sources.
  • Fig. 2 curves for explaining the operation of the circuit of FIG. 1 with the mentioned, changed in polarity, that is, flipped into positive and
  • Fig. 3 shows a modification of Fig. 2 for sensor signals of different amplitudes.
  • the small letters show the locations of the circuit in FIG. 1 where the signals according to FIGS. 2, 3 are located.
  • FIGS. 1, 2 three similar signals a, b, c coming from three sensors, which are phase-shifted relative to one another by 120 °, are each supplied via the resistors 1, 2, 3 to the negative inputs of the comparators A, B, C.
  • the signals a, b, c are also fed to the diodes Da, Db, De forming an OR stage.
  • Their connection point d which forms the output of the OR stage, is connected via resistors 4, 5, 6 and switches Sa, Sb, Sc to the positive inputs of comparators A, B, C, which in turn are connected via resistors 7, 8, 9 at a constant reference voltage (reference) such as Earth.
  • the comparators A, B, C generate digital output voltages UA, ÜB, UC with the two possible states "0" and "1". These voltages UA, ÜB and UC also control the switches Sa, Sb, Sc via lines La, Lb, Lc.
  • the mode of operation of the circuit according to FIG. 1 is explained with reference to FIG. 2.
  • 2 shows the sinusoidal sensor signals a, b, c of the same amplitude which are phase-shifted by 120 ° with respect to one another. At point d is the signal with the greatest amplitude. This results in the course according to the strongly drawn curve for point d.
  • the function for sensor signal a on comparator A is explained below. Up to time t1, signal a is below the hysteresis value.
  • the circuit can also be designed to respond to the negative voltage peaks when the diodes Da, Db and De are reversed. Then the zero line of tl - t2 in negative would be shifted in FIG. 2 and in contrast to FIG. 2 of t2 - t3 exactly at 0. A combination of the evaluation of the positive and negative peaks is also possible. Then a hysteresis symmetrical to the zero line can be achieved.
  • Fig. 2 shows the following special feature.
  • the negative peaks of the signal b which reach up to -1.0 volts, are, as represented by the arrow P, changed in polarity, that is to say to some extent folded upwards. It can be seen that the negative peaks of the signal b now lie between the peaks of the voltage d at the output of the mentioned OR stage.
  • the advantage is that more voltage peaks are now available per unit of time and the dip between the voltage peaks is smaller.
  • the peaks of the voltage d and the peaks in between of the voltages folded in amplitude can be fed to a further OR stage.
  • This has the advantage that the hysteresis voltage UHy is smoothed better, that is, it has fewer dips.
  • the course of UHy correspondingly divided in amplitude, corresponds to the course of the voltage d.
  • FIG. 3 shows three sensor signals, a, b, c, which do not have the same but different amplitudes as in FIG. 2.
  • the signal a has 100%, b about 75% and c about 50% of the maximum amplitude.
  • the negative peaks of all signals a, b, c, as represented by the arrows P, are flipped up.
  • the negative polarity is converted into the positive polarity by a polarity reversal circuit.
  • the original positive peak S1 of signal a with 100% amplitude follows one another, the peak S2 of signal b folded down into positive, the original positive peak S3 of signal c, the folded peak S4 of signal a, the original positive peak S5 of Signal b, the folded-over negative peak S6 of signal c, the original positive peak S7 of signal a etc.
  • the circuit according to FIG. 1 would also work in the manner described with the signal according to FIG. 3.
  • the input of a comparator for the output voltages of a sensor is supplied with the sum of two sensor signals separated from one another and out of phase with one another. Outputs from different sensors are preferably connected directly to one another. In the case of an arrangement of n sensors, an output of one sensor is connected to an output of the next sensor and then an output of the last sensor is again connected to an output of the first sensor. It is not absolutely necessary for the outputs to be directly connected to one another, that is to say short-circuited, in order to achieve the desired effect. It is important that the signal supplied to one input of a comparator is composed of the signals from two outputs from two separate sensors.
  • the sensors are preferably designed as Hall elements that respond to the action of a magnetic field.
  • the sensors are preferably used to detect the angular position of the rotor of an electric motor for commutation or speed control, for example the capstan motor in a video recorder.
  • the crosstalk components at the two sensor outputs are now compensated for the common output.
  • the first comparator gets crosstalk from the first sensor and crosstalk of another phase from the second sensor.
  • the vectorial addition of interference voltage components which preferably have a phase shift of 120 ° to one another, compensates for crosstalk signals. Nevertheless, it is achieved that the signals at the outputs of the comparators have the correct phase again relative to the sensor signals at the outputs of the sensors.
  • FIG. 4 shows a known evaluation circuit for three sensors
  • FIG. 5 shows an evaluation circuit designed according to the invention
  • FIG. 6 shows a table for the signals in FIG. 5, Fig. 7-8 curves to explain FIGS. 4 and
  • Fig. 12 shows a circuit variant for a further development
  • Fig. 13 curves to explain the mode of operation of the circuit according to FIG. 12,
  • Fig. 14 a further circuit for further training
  • Fig. 15 curves to explain the mode of operation of the circuit according to FIG. 14,
  • Fig. 17 curves to explain the mode of operation of the circuit according to FIG. 16.
  • Fig. 4, 5 are the signals according to Fig. 7-11.
  • the symbols used in Fig. 6 have the following meaning.
  • H2 sensor signal at the negative output of sensor H2
  • FIG. 4 shows three sensors H1, H2, H3 designed as Hall elements, each of which is shown in the form of resistors in the form of a bridge circuit. Each sensor has a positive output with the V + signal and a negative output with the V- signal.
  • the output signals V + and V- of the sensors H1-H3 are fed to the inputs of three differential amplifiers Kl, K2, K3, which deliver the signals shown at their outputs h, i, k.
  • the differential amplifiers K1-K3 can be replaced by comparators.
  • FIG. 7 shows the signals a, b, c at the positive outputs of the sensors H1, H2, H3, which have the same amplitude and a phase shift of 120 ° relative to one another.
  • the corresponding sensor signals V- which are 180 ° out of phase are not shown in FIG. 7 for simplification.
  • 8 shows the resulting output signals h, i, k at the outputs of the comparators K1, K2, K3, which, because of the double negation, have twice the amplitude of the signals according to FIG. 7.
  • the signals according to FIGS. 7, 8 have the same phase. This circuit cannot suppress any interference which reaches the sensors through magnetic crosstalk from the coils of a motor.
  • the outputs of the sensors Hl, H2, H3 are connected to one another by the lines shown, that is to say short-circuited.
  • the entire arrangement of the sensors then has only three outputs d, e, f, which are led via lines L1, L2, L3, L4 to the corresponding inputs of comparators K1, K2, K3, lines L1 and L4 having the same signal to lead.
  • FIG. 6 shows the signals resulting in FIG. 5. Since the outputs of the sensors Hl, H2, H3 have the same output resistances, i.e. the sensor signal of a sensor is halved by the output resistance of this sensor and the output resistance of the sensor connected to it, half of the sum of the sensor signals from the two together results at the output connected sensors. It can be seen that each signal at the inputs of the comparators K1-K3 is composed of two sensor output signals. It can also be seen that the output signals h, i, k at the outputs of the differential amplifiers K1-K3 are always composed of signal components from all three sensors Hl, H2, H3. The signs are such that interference from the three sensors Hl, H2, H3 on the comparators cancel each other out without the useful signals being adversely affected.
  • FIG. 9 again shows the signals a, b, c according to FIG. 7.
  • FIG. 10 shows the resulting signals e, f, d according to FIG. 5. It can be seen that by vectorial addition of sensor signals separate sensors one Phase shift between the signals according to FIG. 9 and the signal according to FIG. 10 occurs. The zero crossings of the signals are thus shifted from one another, as a comparison of FIGS. 9, 10 shows. 11 shows the output signal i, h, k at the outputs of the differential amplifiers K1, K2, K3. The amplitude of these signals is irrelevant since only the zero crossings are evaluated. It can be seen that the zero crossings of the signals in FIG. 11 have the correct position again relative to the signals in FIG. 9. At each output of the differential amplifier, when the zero crossings are detected, only the sensor signal of the sensor assigned to the comparator is evaluated despite the combination of the sensor signals.
  • FIG. 13 The upper part of FIG. 13 again shows the signals from the sensors Hl, H2, H3, for both polarities.
  • the solid line shows the positive and the dotted line the negative signal, which are shifted by 180 ° for each sensor.
  • H3- and H3 + again results in a sine with the same zero crossings. Only the zero crossing of a signal is evaluated in each case, eg for switching on the next coil in a motor. Therefore the amplitude of the signals is irrelevant for the evaluation.
  • the signals H3- and H2 + have the intersection P at this zero crossing, that is to say they have the same amplitudes.
  • the first zero crossing of H1 + can thus also be derived from the criterion that the signals H2 + and H3- of the other two sensors have the same amplitude.
  • the signal from this sensor is not required at all to generate the actual output signal of a sensor, but can be replaced by the signals from two other sensors. It is then possible for a sensor To effect evaluation of the zero crossing without the signal of the sensor itself having to be used for this. Instead, the signals from two other sensors are used. However, these have a significant amplitude during the said zero crossing of the first sensor.
  • the circuits shown in FIGS. 12, 14, 16 and supplemented by equations are now constructed in such a way that the output signal of one sensor is only composed of output signals of the other sensors, that is, it no longer contains the actual output signal of the sensor.
  • the comparator K5 for the sensor H2 only receives signal components from the sensors Hl and H3
  • the comparator K6 for the sensor H3 only receives signal components from the sensors Hl and H2.
  • FIG. 13 shows that the sum of the signals H2 + and H3 + in the zero crossing also yields H1 + zero and can therefore also be evaluated. This variant is shown in Fig. 14. It is also possible to add the signals H2- and H3-. This sum likewise results in the value zero in FIG. 13 at the zero crossing of H1 +.
  • the described development of the invention has the following advantage.
  • the sensors in particular the Hall elements, can have an offset. This offset is the same for the "+” output and the "-" output.
  • the equations at the outputs of the differential amplifiers K4, K5, K6 each contain signal components from the other sensors of opposite polarities, that is to say at the output of K4, for example H2 + and H2- and H3 + and H3 -. Since the offset at the “+” outputs and “-” outputs is always the same size, this advantageously compensates for the offset which is intrinsically disturbing.
  • a third sensor signal is generated from two sensor signals, it is possible to use only two sensors in total. A sensor would then be saved. A first signal can then be obtained from the first sensor in a known manner, a second signal from the second sensor in a known manner and the third signal can be obtained by combining the output signals of the two sensors according to the invention.
  • the interference field at the sensor is not significantly reduced.
  • the useful signal emanating from the permanent magnets of the rotor is increased by influencing the lines of force. Overall, this leads to an increase in the signal / interference ratio at the sensor.
  • FIG. 18 shows a known arrangement of a Hall sensor within a motor
  • FIG. 19 shows an embodiment of the arrangement according to the invention
  • FIG. 20 another embodiment according to the invention and FIG. 21 a detail from the arrangement according to FIG. 20.
  • 18 shows a stator pole 11, a large number of which are arranged in a star shape on the stator of the motor.
  • Each stator pole 11 is surrounded by a winding 12 which forms the actual coil for driving the motor; -
  • the winding 12 is fed with a commutation current.
  • the rotor contains a ring 13, which is only shown in section.
  • the ring 13 contains, along the circumference, alternately oppositely polarized, radially polarized permanent magnets which, together with the corresponding north and south poles of the stator caused by the commutation of the coil, drive the motor.
  • a yoke plate 17 is shown.
  • the Hall sensor 14 is provided on the stator, that is to say stationary on the motor housing. This is acted upon by the stray flux from the magnetic lines of force 15 of the permanent magnets of the ring 13 and thereby generates a control signal at its output which indicates the respective position of the rotor containing the ring 13. This control signal is preferably used for speed control or commutation.
  • FIG. 19 again shows the parts 11-17 of FIG. 18.
  • the difference from FIG. 18 is that the edge of the ring 13 facing the Hall sensor 14 is not rectangular, as in FIG. 18, but is provided with a bevel 18 . Since magnetic lines of force emerge from the permanent magnet essentially perpendicularly, the extent of the magnetic lines of force reaching the sensor 14 from the magnets of the ring 13 is significantly increased compared to FIG. 18.
  • the bevel 18 is preferably perpendicular to a connecting line between the edge of the ring 13 facing the sensor 14 and the sensor 14.
  • FIG. 20 again shows the parts 11-17 of FIG. 18.
  • the difference from FIG. 18 or FIG. 19 is that the edge of the ring 13 facing the Hall sensor 14 is not as in FIG. 18 rectangular or as in FIG. 19 with a bevel 18, but is provided with a projection 19.
  • This projection 19 can be an annular extension on the side facing the Hall sensor 14, which extends over the entire circumference of the ring 13 and is directed towards the sensor 14 in the immediate vicinity of the sensor 14.
  • FIG. 21 shows a somewhat enlarged detail from FIG. 20.
  • the projection 19, which is also designed as a circumferential ring, is placed on the ring 13.
  • the projection 19 is magnetized again together with the ring 13 such that the ring 13 and the projection 19 have a plurality of permanent magnets which are polarized in the radial direction and follow one another in the circumferential direction with alternately opposite polarity.
  • the projection 19 has a surface 10 directed towards the Hall sensor 14, which is approximately perpendicular to the connecting line between the projection 19 and the Hall sensor 14.
  • the projection 19 can extend in the immediate vicinity of the Hall sensor 14 and forms a kind of a directed towards the Hall sensor 14 Magnetic pole through which the Hall sensor 14 is acted upon by the permanent magnets mentioned.

Abstract

Für eine Geschwindigkeitsregelung und/oder eine Kommutierung eines Motors ist es bekannt, dem Motor mehrere Sensoren zuzuordnen, die mehrere, die Rotorstellung anzeigende, gleichartige, gegeneinander phasenverschobene Sensorsignale erzeugen. Daraus werden in eine Hysterese aufweisenden Komparatoren Steuersignale für die Kommutierung oder die Geschwindigkeitsregelung gewonnen. Den Signalen an den Ausgängen der Sensoren sind in der Praxis Störungen überlagert, die z.B. von den Motorspulen stammen und die Auswertung beeinflussen. Aufgabe ist es, eine Schaltung der gennanten Art so aufzubauen, daß sie auch bei Motorstillstand in der Lage ist, Störungen zu unterdrücken, und diese Fähigkeit zeitlich unbegrenzt aufrechterhält. Gemäß der Erfindung sind Schaltungsmittel vorgesehen, die bewirken, daß jeweils an dem Komparator (A) für ein Sensorsignal (a) der Betrag der Hysterese von der Amplitude eines oder mehrerer der anderen Sensorsignale (b, c) abhängig ist. Vorzugsweise werden die Sensorsignale einer ODER-Stufe (Da, Db, Dc) zugeführt, deren Ausgangsspannung die Hysterese an den Komparatoren (A, B, C) steuert. Insbesondere zur Geschwindigkeitsregelung oder Kommutierung eines Capstanmotors in einem Videorecorder.

Description

Schaltung zur Steuerung mit mehreren Sensoren
Die Erfindung geht aus von einer Schaltung zur Steuerung mit mehreren Sensoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Schaltung ist bekannt durch die EP-B1-0 351 697 und wird z.B. verwendet zur Kommutierung oder Geschwindig¬ keitsregelung des Capstanmotors in einem Videorecorder.
Als Sensoren für die jeweilige Winkelstellung des Rotors können Hallelemente verwendet werden. Diese haben einen großen Ausgangsspannungsbereich. Der AusgangsSpannung eines derartigen Elementes sind jedoch Störungen überlagert, die unter anderem von den Motorspulen direkt magnetisch ausgesprochen werden. Derartige Störungen sind unter Berücksichtigung aller Toleranzen größer als die kleinste SignalSpannung. Aus diesem Grunde ist eine einfache Lösung, z.B. die Störungen mittels einer SchwellSpannung oder Hysterese herauszufiltern, nicht oder nur bedingt einsetzbar. Auch eine AGC-Schaltung ist nicht anwendbar, da der Motor aus dem Stand heraus sofort richtig starten muß. Eine AGC-Schaltung würde einige Schwingungen im EingangsSignal brauchen, um sich zu stabilisieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zu rea¬ lisieren, die auch in der Lage ist, die genannten Störungen zu unterdrücken, und diese Fähigkeit auch zeitlich unbegrenzt aufrechterhält. Bei Anwendung auf einem Motor soll die Schaltung auch bei Motorstillstand Störungen unterdrücken können.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung beruht auf folgenden Überlegungen und Erkenntnis¬ sen. In dem Zeitpunkt, in dem jeweils der Komparator für ein Sensorsignal vor einem Sensor anspricht, also seine Ausgangsspannung sich zwischen den beiden logischen Werten "0" und "1" ändert, ist bekanntlich das dem Komparator zugeführte Sensorsignal in der Nähe von 0. Bei der Erfindung wird nun die Tatsache ausgenutzt, daß die Sensorsignale der anderen Sensoren wegen der Gleichartigkeit und der konstanten Phasenverschiebung eine nennenswerte Amplitude aufweisen. Beispielsweise haben bei einer Anordnung mit drei Sensoren für ein symmetrisches Drehfeld mit 120° Versatz die Sensorsignale jeweils der anderen Sensoren eine Amplitude im Bereich von 86%. Jeweils bei dem Komparator für ein Sensorsignal werden also für die Änderung der Hysterese die Sensorsignale der anderen Sensoren ausgenutzt.
Vorzugsweise werden die Sensorsignale aller Sensoren einer auf die positiven und/oder negativen Spitzenwerte der Sensorsignale ansprechenden ODER-Stufe zugeführt, deren AusgangsSpannung an die die Hysterese bestimmenden Eingänge der Komparatoren angelegt ist. Die ODER-Stufe liefert dann immer das Sensorsignal mit der größten Amplitude.
Es ist dabei auch möglich, eine erste ODER-Stufe für die positiven und eine zweite ODER-Stufe für die negativen Spitzen¬ werte der Sensorsignale und einen Umschalter vorzusehen, der durch die AusgangsSpannung des Komparators gesteuert ist und den Eingang des Komparators zwischen den Ausgängen der beiden ODER- Stufen umschaltet. Dadurch können eine zur Nullinie symmetrische Hysterese und damit eine bessere Unterdrückung der Störungen erreicht werden.
Vorzugsweise werden jeweils das von einem Sensor kommende Sensorsignal und die AusgangsSpannung der ODER-Stufe an die beiden Eingänge eines Komparators angelegt. Dabei liegt zwischen dem Ausgang der ODER-Stufe und dem zugehörigen Eingang des Komparators jeweils ein Schalter, der durch die AusgangsSpannung des Komparators abwechselnd geöffnet und geschlossen wird.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann nach der genannten ersten ODER-Stufe noch eine zweite ODER-Stufe für eine zweite Veroderung vorgesehen sein. Dieser zweiten ODER-Stufe werden dann die AusgangsSpannung der ODER-Stufe einer ersten Polarität und die demgegenüber entgegengesetzte Polarität aufweisenden, aber in die erste Polarität transferierten Halbwellen der Ausgangsspannungen der Sensoren angelegt. Dann steht insgesamt eine größere Zahl von Spannungsspitzen zur Verfügung, weil sich dann die Spannungsspitzen von der ersten ODER-Stufe und die in der Polarität umgeklappten Spannungsspitzen abwechseln.
Die Sensoren sind vorzugsweise Hallelemente, die aufgrund eines Magnetfeldes die Kennsignale erzeugen. Die Erfindung ist jedoch auch auf andere Arten von Sensoren, Generatoren und Signalquellen anwendbar.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.
Darin zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild für die Auswertung der von den Sen¬ soren erzeugten Signale mit der erfindungsgemäßen Lösung,
Fig. 2 Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 1 mit den genannten, in der Polarität geänderten, also ins Positive umgeklappten Spannungsspitzen und
Fig. 3 eine Abwandlung der Fig. 2 für Sensorsignale unterschiedlicher Amplitude.
Dabei zeigen die kleinen Buchstaben, an welchen Stellen der Schaltung in Fig. 1 die Signale gemäß Fig. 2, 3 stehen.
Gemäß Fig. 1, 2 werden drei von drei Sensoren kommende, gleichartige, gegeneinander um 120° phasenverschobene Signale a, b, c über die Widerstände 1, 2, 3 jeweils den negativen Eingän¬ gen der Komparatoren A, B, C zugeführt. Die Signale a, b, c wer¬ den außerdem den eine ODER-Stufe bildenden Dioden Da, Db, De zugeführt. Deren Verbindungspunkt d, der den Ausgang der ODER- Stufe bildet, ist jeweils über Widerstände 4, 5, 6 und Schalter Sa, Sb, Sc mit den positiven Eingängen der Komparatoren A, B, C verbunden, die wiederum über Widerstände 7, 8, 9 an einer konstanten BezugsSpannung (Referenz) wie z.B. Erde liegen.
Die Komparatoren A, B, C erzeugen digitale AusgangsSpannungen UA, ÜB, UC mit den beiden möglichen Zuständen "0" und "1". Diese Spannungen UA, ÜB und UC steuern außerdem über Leitungen La, Lb, Lc die Schalter Sa, Sb, Sc. Die Wirkungsweise der Schaltung gemäß Fig. 1 wird anhand der Fig. 2 erläutert. Fig. 2 zeigt die gegeneinander um 120° phasenverschobenen sinusförmigen Sensorsignale a, b, c gleicher Amplitude. Am Punkt d steht jeweils das Signal mit der größten Amplitude. Dadurch ergibt sich für Punkt d der Verlauf gemäß der stark ausgezogenen Kurve. Im folgenden wird die Funktion für das Sensorsignal a am Komparator A erläutert. Bis zum Zeitpunkt tl liegt das Signal a unter dem Hysteresewert. Da das Signal a an den negativen Eingang des Komparators A gelangt, ist UA im logischen Zustand "1". Dabei ist zunächst angenommen, daß der Schalter Sa geöffnet ist und daher der positive Eingang des Komparators A auf Nullpotential liegt. Im Zeitpunkt tl erreicht das Signal a die Hysteresespannung. Dadurch nimmt UA den Zustand "0" an. Durch die ausgezogene Linie Sa ist angedeutet, daß der Schalter Sa geschlossen ist, und durch die gestrichelte Linie ist angedeutet, daß der Schalter SA geöffnet ist. Von tl - t2 ist somit Sa geöffnet, die Nullinie für das Ansprechen des Komparators A liegt also exakt bei 0 Volt. Im Zeitpunkt t2 geht das Signal a wieder durch die Nullinie und nimmt einen negativen Wert an. Daher ändert sich der Wert von UA wieder von "0" auf "1". Dieser Sprung erfolgt exakt beim Nulldurchgang, weil der Schalter Sa noch geöffnet ist, der positive Eingang des Kom¬ parators A auf Nullpotential liegt und daher eine Hysterese nicht wirksam ist. Im Zeitpunkt t2 wird der Schalter Sa geschlossen. Der positive Eingang des Komparators A nimmt daher in Abhängigkeit vom Wert der Widerstände 4 und 7 sowie von der Amplitude des Sensorsignals einen positiven Spannungswert von der Spannung d an. Es kommt daher zu einem Offset in der Nullinie des Komparators A, wie durch die versetzte Nullinie 0' dargestellt ist. Die Nullinie, bei der der Komparator A anspricht, ist also jetzt verschoben. Das nächste Ansprechen des Komparators A, als das Umschalten von UA von "1" auf "0", erfolgt also jetzt nicht im Zeitpunkt t3, wo das Signal a die Nullinie kreuzt, sondern dann, wenn das Signal a die versetzte Nulllinie 0' schneidet. Es ist ersichtlich, daß sich dadurch in dem Rückschalten von UA eine einseitige Hysterese ergibt. Einseitig bedeutet, daß der Umschaltpunkt nicht nach + und - verschoben wird, sondern nur nach +. Beim Übergang des Signals von + nach - erfolgt also die Umschaltung ideal beim Nullwert, nämlich z.B. bei t2, jedoch beim Übergang von - nach + nicht mehr beim Nullwert, sondern in der beschriebenen Weise verspätet.
Da die Amplitude der Signale a, b, c gleich groß ist, gelten diese Verhältnisse für alle drei Signale a, b, c. Wenn man jetzt für die Hysterese, dargestellt durch UHy, einen bestimmten Prozentsatz vom Sensorsignal annimmt, so wird dadurch erreicht, daß überlagerte Störungen mit einem kleineren Prozentsatz als die Hysterese die Schaltung nicht mehr passieren können, unabhängig von der Amplitude des Sensorsignals.
Die Schaltung kann auch so ausgebildet werden, daß sie auf die negativen Spannungspitzen anspricht, wenn die Dioden Da, Db und De umgepolt werden. Dann wäre in Fig. 2 die Nullinie von tl - t2 ins Negative verschoben und im Gegensatz zu Fig. 2 von t2 - t3 exakt bei 0. Es ist auch eine Kombination der Auswertung der positiven und negativen Spitzen möglich. Dann kann eine zur Nullinie symmetrische Hysterese erreicht werden.
Fig. 2 zeigt noch folgende Besonderheit. Die negativen Spitzen des Signals b, die bis -1,0 Volt reichen, sind, wie durch den Pfeil P dargestellt, in der Polarität geändert, also gewissermaßen nach oben umgeklappt. Es ist ersichtlich, daß sich nunmehr die negativen Spitzen des Signals b zwischen die Spitzen der Spannung d am Ausgang der genannten ODER-Stufe legen. Der Vorteil besteht darin, daß nunmehr pro Zeiteinheit mehr Spannungsspitzen verfügbar sind und der Einbruch zwischen den Spannungsspitzen kleiner wird. Bei dieser Anordnung können die Spitzen der Spannung d und die dazwischen liegenden Spitzen der in der Amplitude umgeklappten Spannungen einer weiteren ODER- Stufe zugeführt werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß die Hysteresespannung UHy besser geglättet wird, also weniger Einbrüche aufweist. Der Verlauf von UHy entspricht, in der Amplitude entsprechend geteilt, dem Verlauf der Spannung d.
Fig. 3 zeigt drei Sensorsignale, a, b, c, die nicht wie in Fig. 2 gleiche, sondern unterschiedliche Amplituden haben. Das Signal a hat 100%, b etwa 75% und c etwa 50% der Maximalamplitude. Auch in Fig. 3 sind, wie anhand von Fig. 2 beschrieben, die negativen Spitzen aller Signale a, b, c, wie durch die Pfeile P dargestellt, nach oben geklappt. Die negative Polarität wird durch eine Schaltung zur Polaritätsumkehr in die positive Polarität umgewandelt. .Abwechselnd folgen aufeinander die original positive Spitze Sl des Signals a mit 100% Amplitude, die in Positive umgeklappte Spitze S2 des Signals b, die original positive Spitze S3 des Signal c, die umgeklappte Spitze S4 des Signals a, die original positive Spitze S5 des Signals b, die umgeklappte negative Spitze S6 des Signals c, die original positive Spitze S7 des Signals a usw. Die dargestellte Hyster¬ esspannung UHy folgt entprechend in der Amplitude geteilt nacheinander den Kurven mit den Spitzen S2, S4, S5. Es ist ersichtlich, daß bei derartigen Signalen mit unterschiedlicher Amplitude das Umklappen der negativen Signalspitzen in den po¬ sitiven Bereich zusätzliche Spitzen bringt und die Einbrüche zwischen den Spitzen verringert werden. Hinsichtlich der Ände¬ rung der Hysterese durch die Spannung am Ausgang der ODER-Stufe würde die Schaltung gemäß Fig. 1 mit dem Signal gemäß Fig. 3 auch in der beschriebenen Weise arbeiten.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird einem Eingang eines Komparators für die AusgangsSpannungen eines Sensors jeweils die Summe von zwei gegeneinander phasenverschobenen Sensorsignalen getrennter Sensoren zugeführt. Vorzugsweise sind jeweils Ausgänge verschiedener Sensoren direkt miteinander verbunden. Bei einer Anordnung von n Sensoren ist jeweils ein Ausgang eines Sensors mit einem Ausgang des nächsten Sensors und dann ein Ausgang des letzten Sensors wieder mit dem einem Ausgang des er¬ sten Sensors verbunden. Es ist nicht unbedingt notwendig, daß zur Erzielung der gewünschten Wirkung die Ausgänge unmittelbar miteinander verbunden, also kurzgeschlossen werden. Es kommt darauf an, daß das jeweils einem Eingang eines Komparators zu¬ geführte Signal aus den Signalen von zwei Ausgängen von zwei ge¬ trennten Sensoren zusammengesetzt ist. Es ist auch möglich, die Signale von zwei Ausgängen getrennter Sensoren einer Addierstufe oder einer Subtrahierstufe zuzuführen und den Ausgang dieser Stufe mit jeweils dem entsprechenden Eingang des Komparators zu verbinden. Diese Lösung hat den Vorteil, daß die beiden addier- ten oder subtrahierten Signale für sich erhalten bleiben und nicht wie bei einem Kurzschluß für sich alleine verloren gehen. Die Sensoren sind vorzugsweise als Hallelemente ausgebildet, die auf die Einwirkung eines Magnetfeldes ansprechen. Die Sensoren dienen vorzugsweise zur Detektierung der Winkelstellung des Ro¬ tors eines Elektromotors für eine Kommutierung oder Drehzahlre¬ gelung, z.B. des Capstanmotors in einem Videorecorder.
Durch diese Lösung ergeben sich mehrere Vorteile. Dadurch, daß jeweils zwei Ausgänge getrennter Sensoren zu einem Ausgang zusammengefaßt sind, wird die Gesamtzahl der Ausgänge aller Sensoren halbiert. Wenn somit die Sensoren auf einem IC angeordnet sind, wird dadurch die Anzahl der am IC benötigten Anschlußstifte oder Pins halbiert. Das ist in der Praxis hinsichtlich Herstellung des IC und Raumausnutzung besonders vorteilhaft. Hinsichtlich der Stδrunterdrückung wird folgende vorteilhafte Wirkung erreicht. Wenn z.B. eine Spule in einem die Sensoren enthaltenden Motor bestromt wird, gibt es ein Überspre¬ chen auf alle, vorzugsweise drei Sensoren. Dabei empfängt ein Sensor das Übersprechen in positiver Richtung und ein anderer Sensor in negativer Richtung. Durch das Zusammenfassen von AusgangsSpannungen unterschiedlicher Phase von getrennten Sensoren, z.B. das Kurzschließen der Ausgänge, werden die Anteile des Übersprechens an den beiden Sensorausgängen nunmehr gemeinsamen Ausgang kompensiert. Beispielsweise bekommt der erste Komparator ein Übersprechen von dem ersten Sensor und ein Übersprechen anderer Phase von dem zweiten Sensor. Auf diese Weise werden durch die vektorielle Addition von Stδrspan- nungskomponenten, die vorzugsweise eine Phasenverschiebung von 120° zueinander haben, Übersprechsignale kompensiert. Trotzdem wird erreicht, daß die Signale an den Ausgängen der Komparatoren wieder die richtige Phase relativ zu den Sensorsignalen an den Ausgängen der Sensoren haben.
Diese Weiterbildung wird im folgenden anhand der Figuren erläutert. Darin zeigen
Fig. 4 eine bekannte Auswertschaltung für drei Sensoren, Fig. 5 eine erfindungsgemäß ausgebildete AuswertSchaltung, Fig. 6 eine Tabelle für die in Fig. 5 stehenden Signale, Fig . 7 - 8 Kurven zur Erläuterung der Fig. 4 und
Fig . 9 - 11 Kurven zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Schaltung gemäß Fig. 5,
Fig . 12 eine Schaltungsvariante für eine Weiterbildung,
Fig . 13 Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 12,
Fig . 14 eine weitere Schaltung für die Weiterbildung,
Fig . 15 Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 14,
Fig . 16 eine weitere Abwandlung der Schaltung und
Fig . 17 Kurven zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 16.
Dabei zeigen die kleinen Buchstaben a-k, an welchen Punkten in
Fig. 4, 5 die Signale gemäß Fig. 7-11 stehen. Die in Fig. 6 verwendeten Symbole haben folgende Bedeutung.
H1+ Sensorsignal am positiven Ausgang des Sensors Hl
Hl- Sensorsignal am negativen Ausgang des Sensors Hl
H2+ Sensorsignal am positiven Ausgang des Sensors H2
H2- Sensorsignal am negativen Ausgang des Sensors H2
H3+ Sensorsignal am positiven Ausgang des Sensors H3
H3- Sensorsignal am negativen Ausgang des Sensors H3
Fig. 4 zeigt drei als Hallelemente ausgebildete Sensoren Hl, H2, H3, die je in Form von Widerständen in Form einer Brückenschal¬ tung dargestellt sind. Jeder Sensor hat einen positiven Ausgang mit dem Signal V+ und einen negativen Ausgang mit dem Signal V- . Jeweils die Ausgangssignale V+ und V- der Sensoren H1-H3 werden den Eingängen von drei Differenzverstärkern Kl, K2, K3 zuge¬ führt, die an ihren Ausgängen h, i, k die dargestellten Signale liefern. In digitalen Anwendungen können die Differenzverstärker K1-K3 durch Komparatoren ersetzt werden.
Fig. 7 zeigt die Signale a, b, c, an den positiven Ausgängen der Sensoren Hl, H2, H3, die gleiche Amplitude und gegeneinander ei¬ ne Phasenverschiebung von 120° aufweisen. Die entsprechenden um 180° gegenphasigen Sensorsignale V- sind in Fig. 7 zur Vereinfa¬ chung nicht dargestellt. Fig. 8 zeigt die sich daraus ergebenden Ausgangssignale h, i, k an den Ausgängen der Komparatoren Kl, K2, K3, die wegen der dop¬ pelten Negierung die doppelte Amplitude der Signale gemäß Fig. 7 haben. Wie durch die senkrechte gestrichelte Linie ZI angedeu¬ tet, haben die Signale gemäß Fig. 7, 8 gleiche Phase. Diese Schaltung kann keine Störungen unterdrücken, die durch magneti¬ sches Übersprechen von Spulen eines Motors auf die Sensoren ge¬ langen.
In Fig. 5 sind die Ausgänge der Sensoren Hl, H2, H3 durch die dargestellten Leitungen miteinander verbunden, also kurzge¬ schlossen. Die gesamte Anordnung der Sensoren hat dann nur noch drei Ausgänge d, e, f, die über die Leitungen Ll, L2, L3, L4 auf die entsprechenden Eingänge der Komparatoren Kl, K2, K3 geführt sind, wobei die Leitungen Ll und L4 dasselbe Signal führen.
Fig. 6 zeigt die in Fig. 5 sich ergebenden Signale. Da die Ausgänge der Sensoren Hl, H2, H3 gleiche Ausgangswiderstände aufweisen, das Sensorsignal eines Sensors also durch den Ausgangswiderstand dieses Sensors und den Ausgangswiderstand des damit verbundenen Sensors halbiert wird, ergibt sich jeweils am dem Ausgang die Hälfte der Summe der Sensorsignale von den beiden miteinander verbundenen Sensoren. Es ist ersichtlich, daß jedes Signal an den Eingängen der Komparatoren K1-K3 aus zwei Sensor-Ausgangssignalen zusammengesetzt ist. Ebenso ist ersichtlich, daß die Ausgangssignale h, i, k an den Ausgängen der Differenzverstärker K1-K3 immer aus Signalanteilen aller drei Sensoren Hl, H2, H3 zusammengesetzt sind. Dabei sind die Vorzeichen so, daß Störungen von den drei Sensoren Hl, H2, H3 an den Komparatoren einander aufheben, ohne daß dabei die Nutzsignale beeinträchtigt werden.
Fig. 9 zeigt noch einmal die Signale a, b, c gemäß Fig. 7. Fig. 10 zeigt die sich daraus ergebenden Signale e, f, d gemäß Fig. 5. Es ist ersichtlich, daß durch vektorielle Addition von Sensorsignalen getrennter Sensoren eine Phasenverschiebung zwischen den Signalen gemäß Fig. 9 und dem Signal gemäß Fig. 10 auftritt. Die Nulldurchgänge der Signale sind also gegeneinander verschoben, wie ein Vergleich der Fig. 9, 10 zeigt. Fig. 11 zeigt die Ausgangssignal i, h, k an den Ausgängen der Differenzverstärker Kl, K2, K3. Die Amplitude dieser Signale ist dabei ohne Bedeutung, da nur die Nulldurchgänge ausgewertet werden. Es ist ersichtlich, daß die Nulldurchgänge der Signale in Fig. 11 relativ zu den Signalen in Fig. 9 wieder die richtige Lage haben. An jedem Ausgang der Differenzverstärker wird also bei der Detektierung der Nulldurchgänge trotz der Kombination der Sensorsignale nur das Sensorsignal des dem Komparator zugeordneten Sensors ausgewertet.
Wenn die Signale der Sensoren Hl, H2, H3 unterschiedliche Amplituden oder unterschiedliche Innenwiderstände aufweisen, kann es zu Verzerrungen in den erzeugten Ausgangssignalen kommen, insbesondere dann, wenn die Hallelemente einen sogenannten Offset aufweisen. Anhand der Figuren 12 bis 17 werden Varianten beschrieben, die insbesondere derartige Abweichungen aufgrund eines Offsets vermeiden.
Die grundsätzliche Wirkungsweise der genannten Weiterbildung wird zunächst anhand der Fig. 13 beschrieben. Der obere Teil von Fig. 13 zeigt wieder die Signale der Sensoren Hl, H2, H3, und zwar für beide Polaritäten. Die ausgezogene Linie zeigt jeweils das positive und die punktierte Linie das negative Signal, die jeweils bei einem Sensor um 180° verschoben sind. Jeweils die Addition z.B. von H3- und H3+ ergibt wieder einen Sinus mit den¬ selben Nulldurchgängen. Ausgewertert wird jeweils nur der Nulldurchgang eines Signals, z.B. für das Einschalten der nächsten Spule bei einem Motor. Deshalb spielt die Amplitude der Signale für die Auswertung keine Rolle. Es sei jetzt der erste Nulldruchgang des Signals H1+ betrachtet, der durch die Linie L markiert ist. Es ist ersichtlich, daß bei diesem Nulldurchgang die Signale H3- und H2+ den Schnittpunkt P aufweisen, also gleiche Amplituden haben. Der erste Nulldurchgang von H1+ läßt sich somit auch aus dem Kriterium ableiten, daß die Signale H2+ und H3- der beiden anderen Sensoren gleiche Amplitude aufweisen. Das bedeutet, daß für die Erzeugung des eigentlichen Ausgangssi¬ gnals eines Sensors das Signal dieses Sensors gar nicht benötigt wird, sondern durch die Signale von zwei anderen Sensoren ersetzt werden kann. Es ist dann möglich, für einen Sensor eine Auswertung des Nulldurchgangs zu bewirken, ohne daß dafür das Signal des Sensors selbst herangezogen werden muß. Stattdessen werden die Signale von zwei anderen Sensoren verwendet. Diese haben jedoch während des genannten Nulldurchgangs des ersten Sensors eine nennenswerte Amplitude.
Die in den Figuren 12, 14, 16 dargestellten und durch Gleichungen ergänzten Schaltungen sind nunmehr so aufgebaut, daß jeweils das Ausgangssignal eines Sensors nur aus AusgangsSignalen jeweils der anderen Sensoren zusammengesetzt ist, also das eigentliche Ausgangssignal des eigenes Sensors gar nicht mehr enthält. Die dargestellten Differenzverstärker K4, K5, K6, die den Sensoren Hl, H2, H3 zugeordnet sind, erhalten also jeweils nur Signale der anderen Sensoren. Fig. 12 zeigt, daß der Differenzverstärker K4, der das Ausgangssingal des Sensors Hl liefert, nur Signalanteile der Sensoren H2 und H3 bekommt. Ebenso erhält der Komparator K5 für den Sensor H2 nur Signalanteile der Sensoren Hl und H3 und der Komparator K6 für den Sensor H3 nur Signalanteile der Sensoren Hl und H2.
Fig. 13 zeigt, daß ebenso die Summe der Signale H2+ und H3+ im Nulldurchgang von H1+ null ergibt und daher ebenfalls ausgewer¬ tet werden kann. Diese Variante ist in Fig. 14 dargestellt. Ebenso ist es möglich, die Signale H2- und H3- zu addieren. Diese Summe ergibt ebenfalls in Fig. 13 den Wert null beim Nulldurchgang von H1+.
Die beschriebene Weiterbildung der Erfindung hat folgenden Vorteil. Die Sensoren, insbesondere die Hallelemente, können ei¬ nen Offset aufweisen. Dieser Offset ist bei dem "+"-Ausgang und dem "-"-Ausgang gleich groß. Wie insbesondere Fig.12 und Fig. 14 zeigen, enthalten den Gleichungen an den Ausgängen der Diffe¬ renzverstärker K4, K5, K6 jeweils Signalanteile der anderen Sen¬ soren entgegengesetzter Polaritäten, also am Ausgang von K4 z.B. H2+ und H2- und H3+ und H3-. Da der Offset an den "+"-Ausgängen und "-"-Ausgängen immer gleich groß ist, kommt es dadurch in vorteilhafter Weise zu einer Kompensation des an sich störenden Offset. Da erfindungsgemäß aus zwei Sensorsignalen ein drittes Sensorsi¬ gnal generiert wird, bietet sich die Möglichkeit, insgesamt nur zwei Sensoren zu verwenden. Es würde dann ein Sensor eingespart. Aus dem ersten Sensor kann dann in bekannter Weise ein erstes Signal, aus dem zweiten Sensor in bekannter Weise ein zweites Signal und durch die erfindungsgemäße Kombination der Ausgangssignale der beiden Sensoren das dritte Signal gewonnen werden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird das insbesondere von den Statorspulen ausgehende Störfeld am Sensor nicht nennenswert verringert. Das von den Permanentmagneten des Rotors ausgehende Nutzsignal jedoch wird durch die Beeinflussung der Kraftlinien erhöht. Insgesamt kommt es dadurch zu einer Erhöhung des Si¬ gnal/Stör-Verhältnisses an dem Sensor.
Diese Lösung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß sich das Maß der von den Permanentmagneten auf den Hallsensor gelangenden ma¬ gnetischen Feldlinien durch reine Formgebung des Permanentmagne¬ ten an der dem Sensor zugewandten Kante nennenswert erhöhen läßt. Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß für diese Erhöhung des Nutzsignals keine zusätzlichen Teile notwendig sind. Die vorteilhafte Wirkung wird lediglich durch eine modifizierte Form der Permanentmagnete an ihrer dem Sensor zugewandten Seite erreicht. Die Wirkung der Permanentmagnete hinsichtlich Antrieb des Motors wird dabei praktisch nicht beeinträchtigt. Es ist also allenfalls für die Herstellung der Permanentmagnete ein geringfügig modifiziertes Werkzeug erforderlich.
Diese Lösung wird im folgenden anhand der Figuren 18-21 erläutert. Darin zeigen
Fig. 18 eine bekannte Anordnung eines Hallsensors innerhalb eines Motors, Fig. 19 eine erfindungsgemäße Ausbildung der Anordnung nach
Fig. 18, Fig. 20 eine andere erfindungsgemäße Ausbildung und Fig. 21 ein Detail aus der Anordnung nach Fig. 20. Fig. 18 zeigt einen Statorpol 11, wovon eine Vielzahl sternför¬ mig an dem Stator des Motors angeordnet ist. Jeder Statorpol 11 ist von einer Wicklung 12 umgeben, die die eigentliche Spule für den Antrieb des Motors bildet;- Die Wicklung 12 wird mit einem Kommutierungsstrom gespeist. Der Rotor enthält einen Ring 13, der nur im Schnitt dargestellt ist. Der Ring 13 enthält entlang des Umfangs abwechselnd entgegengesetzt gepolte radial polarisierte Permanentmagnete, die zusammen mit den durch die Kommutierung der Spule hervorgerufenen entsprechenden Nord- und Südpolen des Stators den Antrieb des Motors bewirken. Desweiteren ist ein Rückschlußblech 17 dargestellt. Am Stator, also stationär am Motorgehäuse, ist der Hallsensor 14 vorgesehen. Dieser wird von den magnetischen Kraftlinien 15 der Permanentmagnete des Ringes 13 durch den Streufluß beaufschlagt und erzeugt dadurch an seinem Ausgang ein Steuersignal, das die jeweilige Stellung des den Ring 13 enthaltenden Rotors anzeigt. Dieses Steuersignal dient vorzugsweise für eine Geschwindigkeitsregelung oder eine Kommutierung. Auf den Hallsensor 14 gelangt außerdem von der Spule 12 ein magnetisches Störfeld 16, das in dem AusgangsSignal des Sensors 14 den Si- gnal/Stör-Abstand verringert. Dadurch kann ein ungleichmäßiger Lauf des Motors mit einem geringeren Drehmoment als dem maximal möglichen entstehen.
Fig. 19 zeigt wieder die Teile 11-17 von Fig. 18. Der Unterschied zu Fig. 18 besteht darin, daß die dem Hallsensor 14 zugewandte Kante des Ringes 13 nicht wie in Fig. 18 rechteckig ausgebildet, sondern mit einer Abschrägung 18 versehen ist. Da magnetische Kraftlinien im wesentlichen senkrecht aus dem Permanentmagneten austreten, wird das Maß der von den Magneten des Ringes 13 auf den Sensor 14 gelangenden magnetischen Kraftlinien gegenüber Fig. 18 nennenswert erhöht. Vorzugsweise steht die Abschrägung 18 senkrecht auf einer Verbindungslinie zwischen der dem Sensor 14 zugewandten Kante des Ringes 13 und dem Sensor 14.
Fig. 20 zeigt wieder die Teile 11-17 von Fig. 18. Der Unterschied zu Fig. 18 bzw. Fig. 19 besteht darin, daß die dem Hallsensor 14 zugewandte Kante des Ringes 13 nicht wie in Fig. 18 rechteckig oder wie in Fig. 19 mit einer Abschrägung 18 ausgebildet, sondern mit einer Ausladung 19 versehen ist. Diese Ausladung 19 kann ein ringförmiger Ansatz an der dem Hallsensor 14 zugewandten Seite sein, der sich über den ganzen Umfang des Ringes 13 erstreckt und bis in unmittelbarer Nähe des Sensors 14 auf den Sensor 14 zugerichtet ist.
Fig. 21 zeigt etwas vergrößert ein Detail aus Fig. 20. Auf den Ring 13 ist die ebenfalls als umlaufender Ring ausgebildete Ausladung 19 aufgesetzt. Die Ausladung 19 ist zusammen mit dem Ring 13 wieder derart magnetisiert, daß der Ring 13 und die Ausladung 19 eine Vielzahl von Permanentmagneten aufweisen, die in Radialrichtung polarisiert sind und in Umfangrichtung mit abwechselnd entgegengesetzter Polarität aufeinanderfolgen. Die Ausladung 19 hat eine auf den Hallsensor 14 gerichtete Fläche 10, die etwa senkrecht steht auf der Verbindungslinie zwischen der Ausladung 19 und dem Hallsensor 14. Die Ausladung 19 kann bis in unmittelbarer Nähe des Hallsensors 14 reichen und bildet gewissermaßen einen auf den Hallsensor 14 gerichteten Magnetpol, durch den der Hallsensor 14 durch die genannten Permanentmagnete beaufschlagt wird.

Claims

Ansprüche
1. Schaltung zur Steuerung mit mehreren Sensoren, die mehrere, gleichartige, gegeneinander phasenverschobene Sensorsignale erzeugen, aus denen in eine Hysterese aufweisenden Komparatoren Steuersignale (UA, ÜB, UC) gewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltungsmittel vorgesehen sind, die bewirken, daß jeweils an dem Komparator (A) für ein Sensorsignal (a) der Betrag der Hysterese von der Ampltide eines oder mehrerer der anderen Sensorsignale (b, c) abhängig ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorsignale (c, b, c) einer auf die positiven und/oder negativen Spitzenwerte der Sensorsignale ansprechenden ODER- Stufe (Da, Db, De) zugeführt sind, deren Ausgangsspannung (d) an die die Hysterese bestimmenden Eingänge der Komparatoren (KA, KB, KC) angelegt ist.
3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je¬ weils das von einem Sensor kommende Signal (a, b, c) und die Ausgangsspannung (d) der ODER-Stufe an die beiden Eingänge eines Komparators (A, B, C) angelegt ist.
4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß je¬ weils zwischen dem Ausgang der ODER-Stufe und dem zugehörigen Eingang des Komparators (A, B, C) ein Schalter (Sa, Sb, Sc) liegt, der durch die Ausgangsspannung (UA, ÜB, UC) des Kompa¬ rators (A, B, C) betätigt ist.
5. Schaltung zur Steuerung mit mehreren Sensoren (Hl, H2, H3) mit je zwei Ausgängen (+ und -) für gegenphasige Sensorsi¬ gnale (V+, V-) , wobei die Sensorsignale der Sensoren gleich¬ artig, gegeneinander phasenverschoben und zur Auswertung Komparatoren (K1-K3) zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils an einen Eingang einer Differenzstufe (Kl, K2, K3) die Kombination von zwei gegeneinander phasenverschobenen Sensorsignalen getrennter Sensoren (H1/H2, H2/H3, H3/H1) angelegt ist.
6. Schaltung nach .Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß je¬ weils verschiedener Ausgänge Sensoren (H1/H2, H2/H3, H3/H1) miteinander verbunden sind oder jeweils die Ausgänge von zwei getrennten Sensoren an die Eingänge einer Addierstufe oder einer Subtrahierstufe angeschlossen sind, deren Ausgang mit einem Eingang einer Differenzstufe verbunden ist.
7. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nulldurchgang des Ausgangssignals eines Sensors (Sl) aus dem Kriterium abgeleitet wird, daß die AusgangsSignale von zwei anderen Sensoren (S2, S3) gleiche Amplituden haben, wobei je¬ weils der Signalweg für einen Sensor (Hl) eine Differenzstufe
(K4-K6) enthält, der nur mit den Ausgangssignalen von zwei anderen Sensoren (H2, H3) gespeist ist.
8. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nur zwei Sensoren verwendet werden und ein erstes Signal von dem ersten Sensor, ein zweites Signal von dem zweiten Sensor und ein drittes Signal durch Vergleich der AusgangsSignale des ersten und zweiten Sensors erzeugt wird.
9. Elektromotor mit einem Hallsensor (14) für ein die Stellung eines Permanentmagnete (13) enthaltenden Rotors (17) anzeigendes Sensorsignal und mit einem Stator mit mehreren Spulen (12) , dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete an ihrer dem Hallsensor (14) zugewandten Seite eine solche Form haben, daß das Maß der von den Magneten auf den Sensor (14) gelangenden magnetischen Feldlinien (15) erhöht ist.
10. Elektromotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ei¬ ne zum Sensor (14) gerichtete etwa rechteckige Kante des Permanentmagneten mit einer Abschrägung (18) oder einer Ausladung (19) versehen ist.
PCT/EP1994/003050 1993-09-20 1994-09-13 Schaltung zur steuerung mit mehreren sensoren WO1995008869A2 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/617,765 US5847592A (en) 1993-09-20 1994-09-13 Driving circuit with several sensors
EP94926935A EP0720789B1 (de) 1993-09-20 1994-09-13 Schaltung zur steuerung mit mehreren sensoren
JP50953795A JP3423318B2 (ja) 1993-09-20 1994-09-13 複数のセンサを有する制御用回路
KR1019960701539A KR100350006B1 (ko) 1993-09-20 1994-09-13 다수센서를구비한제어회로
DE59408891T DE59408891D1 (de) 1993-09-20 1994-09-13 Schaltung zur steuerung mit mehreren sensoren

Applications Claiming Priority (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19934331742 DE4331742A1 (de) 1993-09-20 1993-09-20 Schaltung zur Steuerung mit mehreren Sensoren
DEP4331742.1 1993-09-20
DEP4333465.2 1993-09-30
DE19934333465 DE4333465A1 (de) 1993-09-30 1993-09-30 Schaltung zur Steuerung mit mehreren Sensoren
DE19934334480 DE4334480A1 (de) 1993-10-11 1993-10-11 Elektromotor mit einem Hallsensor
DEP4334480.1 1993-10-11
DE4340086 1993-11-24
DEP4330086.8 1993-11-24

Publications (2)

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Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6480548B1 (en) * 1997-11-17 2002-11-12 Silicon Graphics, Inc. Spacial derivative bus encoder and decoder
US6226330B1 (en) 1998-07-16 2001-05-01 Silicon Graphics, Inc. Eigen-mode encoding of signals in a data group
US6775339B1 (en) 1999-08-27 2004-08-10 Silicon Graphics, Inc. Circuit design for high-speed digital communication
US7031420B1 (en) 1999-12-30 2006-04-18 Silicon Graphics, Inc. System and method for adaptively deskewing parallel data signals relative to a clock
US6417713B1 (en) 1999-12-30 2002-07-09 Silicon Graphics, Inc. Programmable differential delay circuit with fine delay adjustment
CN100406852C (zh) * 2000-04-24 2008-07-30 谭维克 多信号调理电路与复合传感器及其后续检测仪
US6831924B1 (en) 2000-07-20 2004-12-14 Silicon Graphics, Inc. Variable mode bi-directional and uni-directional computer communication system
US6703908B1 (en) 2000-07-20 2004-03-09 Silicon Graphic, Inc. I/O impedance controller
US7333516B1 (en) 2000-07-20 2008-02-19 Silicon Graphics, Inc. Interface for synchronous data transfer between domains clocked at different frequencies
US6839856B1 (en) 2000-07-20 2005-01-04 Silicon Graphics, Inc. Method and circuit for reliable data capture in the presence of bus-master changeovers
US6779072B1 (en) 2000-07-20 2004-08-17 Silicon Graphics, Inc. Method and apparatus for accessing MMR registers distributed across a large asic
US7248635B1 (en) 2000-07-20 2007-07-24 Silicon Graphics, Inc. Method and apparatus for communicating computer data from one point to another over a communications medium
US6681293B1 (en) 2000-08-25 2004-01-20 Silicon Graphics, Inc. Method and cache-coherence system allowing purging of mid-level cache entries without purging lower-level cache entries
JP3690338B2 (ja) 2001-11-16 2005-08-31 松下電器産業株式会社 モータ制御装置
JP2006010474A (ja) * 2004-06-25 2006-01-12 Agilent Technol Inc 電流測定用レンジ抵抗の切替回路とこの切替回路を含む電流測定装置
US7327167B2 (en) * 2005-04-28 2008-02-05 Silicon Graphics, Inc. Anticipatory programmable interface pre-driver
JP4232839B2 (ja) * 2007-06-15 2009-03-04 ダイキン工業株式会社 回転子の位置検出装置および回転子の位置検出方法
TWI326158B (en) * 2007-07-16 2010-06-11 Au Optronics Corp Differential signal transmission system
DE102007053038A1 (de) * 2007-11-07 2009-05-14 Robert Bosch Gmbh Ansteuerschaltung
US8102167B2 (en) 2008-03-25 2012-01-24 Microsemi Corporation Phase-cut dimming circuit
CN204118998U (zh) * 2014-09-23 2015-01-21 中山大洋电机股份有限公司 一种无刷电机的霍尔电子电路
CN110336422A (zh) * 2019-07-29 2019-10-15 陈跃勇 一种霍尔电机转子位置采集装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4115715A (en) * 1974-04-08 1978-09-19 Papst-Motoren Kg Brushless d. c. motor
US4259662A (en) * 1978-08-31 1981-03-31 Hajime Industries, Ltd. Threshold setting circuit
US4283664A (en) * 1979-12-21 1981-08-11 Siemens Aktiengesellschaft Control signal generator for the commutating device of a brushless electronics motor
US4354145A (en) * 1979-12-12 1982-10-12 U.S. Philips Corporation Electronically commutating motor
US4365187A (en) * 1980-05-15 1982-12-21 Rotron Incorporated Brushless D.C. motor
DE3133703A1 (de) * 1981-08-26 1983-03-10 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart "vorrichtung zum erkennen des klopfens bei brennkraftmaschinen"
US4638197A (en) * 1985-09-27 1987-01-20 Ametek, Inc. Magnetic flux shield and enhancer for brushless motors
US5107135A (en) * 1989-11-16 1992-04-21 Olympus Optical Co., Ltd. Sinusoidal-to-squarewave converter with variable thereshold level
US5182500A (en) * 1989-09-16 1993-01-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Brushless motor control circuit

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS511561A (ja) * 1974-12-26 1976-01-08 Japan Synthetic Rubber Co Ltd Taishogekiseinetsukasoseijushisoseibutsu
US4157509A (en) * 1977-06-13 1979-06-05 Honeywell Inc. Variable reference signal generating circuit and analog comparator utilizing hysteresis
US4268764A (en) * 1979-05-01 1981-05-19 Motorola, Inc. Zero crossover detector
US4535294A (en) * 1983-02-22 1985-08-13 United Technologies Corporation Differential receiver with self-adaptive hysteresis
JPS6096191A (ja) * 1983-10-27 1985-05-29 Sankyo Seiki Mfg Co Ltd ブラシレスモ−タの駆動回路
JPS61224900A (ja) * 1985-03-28 1986-10-06 Nippon Oochisu Elevator Kk 電流制御形ｐｗｍインバ−タ
JPH01136588A (ja) * 1987-11-20 1989-05-29 Sankyo Seiki Mfg Co Ltd ブラシレスモータの駆動制御回路
JP2634941B2 (ja) * 1990-10-15 1997-07-30 株式会社三協精機製作所 ブラシレスモータの駆動回路
JP2708652B2 (ja) * 1991-10-09 1998-02-04 富士通株式会社 矩形波形成回路及びこれを用いたシーク制御装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4115715A (en) * 1974-04-08 1978-09-19 Papst-Motoren Kg Brushless d. c. motor
US4259662A (en) * 1978-08-31 1981-03-31 Hajime Industries, Ltd. Threshold setting circuit
US4354145A (en) * 1979-12-12 1982-10-12 U.S. Philips Corporation Electronically commutating motor
US4283664A (en) * 1979-12-21 1981-08-11 Siemens Aktiengesellschaft Control signal generator for the commutating device of a brushless electronics motor
US4365187A (en) * 1980-05-15 1982-12-21 Rotron Incorporated Brushless D.C. motor
DE3133703A1 (de) * 1981-08-26 1983-03-10 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart "vorrichtung zum erkennen des klopfens bei brennkraftmaschinen"
US4638197A (en) * 1985-09-27 1987-01-20 Ametek, Inc. Magnetic flux shield and enhancer for brushless motors
US5182500A (en) * 1989-09-16 1993-01-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Brushless motor control circuit
US5107135A (en) * 1989-11-16 1992-04-21 Olympus Optical Co., Ltd. Sinusoidal-to-squarewave converter with variable thereshold level

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN Bd. 17, Nr. 457 (P-1597) 20 August 1993 & JP,A,05 101 561 (FUJITSU LTD) 23 April 1993 *
See also references of EP0720789A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
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EP0720789A1 (de) 1996-07-10
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