DE1638104B1 - System zur umwandlung digitaler elektrischer steuersignale in diskrete, abgestufte winkelbewegungen in einem mehrphasigen elektrischen schrittmotor - Google Patents

Description

3 4

der Translatorkreis, welcher für bisher hergestellte von weiteren Schaltelementen, um einen elektrischen

elektrische Schrittschaltmotoren mit fünf Phasen be- Schrittschaltmotor mit sechs Phasen anzutreiben,

nutzt wurde. welcher die Eigenschaft besitzt, sehr viel höhere

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Schrittfrequenzen aufnehmen zu können als ein bis-

Umwandlungssystem erfindungsgemäß gelöst durch 5 her bekannter oder verfügbarer elektrischer Schritt-

die Verwendung eines sechsphasigen Schrittschalt- schaltmotor. Die Anwendung eines sechsphasigen

motors und eines zum Antrieb eines dreiphasigen Schrittschaltmotors wird für sich nicht zum Schutz

Schrittschaltmotors geeigneten dreiphasigen Aus- beansprucht.

gangs-Translatorkreises, dessen digitale drei Aus- Die zum Antrieb eines elektrischen Schrittschalt-

gangssignale zusammen mit ihren Komplementen zur io motors verwendete Erregungs- oder Antriebsfolge

Erregung der sechs Phasen des elektrischen Schritt- kann ausgedrückt werden durch die Anzahl von Spu-

schaltmotors in der Weise verwendet sind, daß drei len, welche zur stufenweisen Drehung des Motors

jeweils nicht voneinander abgeleitete, im Winkel auf- erregt werden. Beispielsweise kann ein dreiphasiger

einanderfolgende Phasen des Schrittschaltmotors bei Schrittschaltmotor in der Folge 2-1-2-1-2 erregt wer-

jedem Arbeitszustand des Translatorkreises erregt 15 den, bei welcher die Stillstandsstellungen des Rotors

sind. abwechselnd durch zwei oder eine erregte Phase be-

Es ist zwar bei Schrittmotorsteuerungen durch die stimmt werden (vgl. die deutsche Patentschrift 250 672

deutsche Auslegeschrift 1148 643 bereits bekannt, oder »Elektronik«, 1967, H. 1, S. 2, Abs. 1.1). Wenn

ein vierphasiges System von einer Zweiphasen- die drei Phasen A, B und C sind, so können deshalb

Wechselstromquelle dadurch zu speisen, daß jeder 20 die in der ersten Stillstandsstellung erregten Phasen

von jeweils zwei nicht benachbarten Phasen des Mo- die Phasen A und B sein, so daß der Rotor mitten

tors ein Gleichstrom zugeführt wird, der durch zwischen den Positionen der Phasen A und B still-

Gleichrichtung in der gleichen Wechselstromphase steht. Wenn die Erregung von A dann beendet ist,

(die eine sinusförmige oder eine rechteckförmige wird sich der Rotor in eine Stellung bewegen, welche

Kurvenform haben kann) gewonnen wird. Für jede 25 der Phase B gegenüberliegt, und dies ist die zweite

der beiden nicht benachbarten Phasen des Motors Stillstandsposition. Die dritte Stillstandsposition wird

erfolgt die Gleichrichtung jedoch im entgegengesetz- erreicht durch die zusätzliche Erregung der Phase C,

ten Sinn. Das entspricht einer Invertierung des jeweils so daß der Rotor in eine Stellung gebracht wird,

einen durch die eine Polarität gekennzeichneten Teils welche in der Mitte zwischen den Positionen der

der Kurvenform der Wechselstromphase. Eine solche 3° Phasen B und C liegt, usw.

Invertierung des durch die eine Polarität gekenn- Eine andere Folge, in welcher ein dreiphasiger zeichneten Teiles eines bipolaren Signals ist jedoch elektrischer Schrittschaltmotor erregt werden kann, zu unterscheiden von der Bildung des Komplementes ist die 2-2-2-2-Folge. Nach dieser Betätigungsweise zu einem digitalen Signal (das im Idealfall ein Recht- sind stets zwei Phasen des dreiphasigen elektrischen ecksignal ist), wie es die erfindungsgemäße Lösung 35 Schrittschaltmotors erregt, wobei aufeinanderfolgende ganz allgemein vorsieht. Es ist jedoch in besonderen, Stillstandspositionen durch AB, BC, CA usw. bevon der Signalform abhängenden Fällen möglich, daß stimmt werden. Zum Antrieb eines sechsphasigen die Invertierung und die Komplement-Bildung im elektrischen Schrittschaltmotors könnte ein dreiphavorliegenden Anwendungsfall zu dem gleichen Er- siger Translatorkreis, welcher für diese Betriebsweise gebnis führen. Unabhängig davon gibt die bekannte 40 eines dreiphasigen elektrischen Schrittschaltmotors Schrittmotorsteuerung jedenfalls keine Anregung für geschaffen ist, ohne irgendwelche Änderungen angedas zweite Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung, wandt werden, aber er würde den Rotor des sechsnämlich jeweils drei nicht voneinander abgeleitete, phasigen elektrischen Schrittschaltmotors um den im Winkel aufeinanderfolgende Phasen des sechs- doppelten beabsichtigten Schrittwinkel bewegen. Die phasigen Schrittschaltmotors bei jedem Arbeitszu- 45 vollen Vorteile der Anwendung eines sechsphasigen stand des Translatorkreises zu erregen. elektrischen Schrittschaltmotors würden deshalb nicht Der Fortschritt auf dem Gebiet der Antriebssysteme verwirklicht, wenn dieser dreiphasige Translatorkreis mittels elektrischer Schrittschaltmotoren liegt darin, verwendet würde, weil der Translatorkreis tatsächlich daß für die erhöhte Phasenzahl des elektrischen den sechsphasigen elektrischen Schrittschaltmotor Schrittschaltmotors eine Auswahl von sechs die Mög- 50 wie einen dreiphasigen Schrittschaltmotor antreiben lichkeit bietet, dreiphasige Ausgangssignale wirksam würde. Die Wirkung würde jedoch besser sein, als zu verdoppeln, um die sechs Phasen des elektrischen wenn der Translatorkreis zusammen mit einem drei-Schrittschaltmotors durch Verwendung sowohl der phasigen elektrischen Schrittschaltmotor verwendet Komplemente der dreiphasigen Ausgänge als auch würde, weil das zur Bewegung des Rotors des sechsdieser Ausgänge selbst anzutreiben. Der in Zusam- 55 phasigen elektrischen Schrittschaltmotors entwickelte menhang mit der vorliegenden Erfindung zur Ablei- Drehmoment doppelt so groß ist wie das in einem tung der dreiphasigen Ausgangssignale angewandte durch den gleichen Translatorkreis angetriebenen Ausgangs-Translatorkreis kann als Drei-Phasen- dreiphasigen elektrischen Schrittschaltmotor ent-Translatorkreis angesprochen werden, aber in diesem wickelte Drehmoment.

Zusammenhang wird der Ausdruck »Drei-Phasen- 60 Eine dritte Art der Betätigung eines dreiphasigen Translatorkreis« benutzt, um einen Translatorkreis elektrischen Schrittschaltmotors liegt zwischen den zu bezeichnen, welcher spezifisch zum Antrieb eines beiden bereits beschriebenen Methoden, und die Erelektrischen Schrittschaltmotors mit drei Phasen be- regerfolge dieser Betriebsart wird dargestellt durch stimmt ist. Der der Erfindung zugrunde liegende Ge- 2-(l)-2-(l)-2 usw. Die Stillstandsposition einer jeden danke ermöglicht es, einen solchen Drei-Phasen- 65 Motorphase wird noch durch die Erregung von zwei Translatorkreis anzuwenden, und zwar ohne irgend- Phasen bestimmt, aber es tritt hierbei eine Zwischenweiche Änderung oder Abwandlung, lediglich unter stufe auf, in welcher nur eine Stufe erregt ist, und Hinzufügung einer vergleichsweise geringen Anzahl diese Zwischenstufe ist nur für die Dauer des Ein-

gangsimpulses vorhanden. Mit dieser Betriebsweise F i g. 1 einen Querschnitt durch einen sechsphasi-

eines dreiphasigen elektrischen Schrittschaltmotors gen elektrischen Schrittschaltmotor, wobei der Schnitt

sind gewisse Vorteile verbunden im Vergleich mit der längs der Rotationsachse des Motors verläuft,

2-l-2-l-2-Methode, bei welcher der Rotor die Nei- F i g. 2 schematisch eine Anordnung der sechs

gung besitzt, die 1-Position zu überlaufen und um S Phasen des sechsphasigen elektrischen Schrittschalt-

diese Position zu schwingen, bevor er zum Stillstand motors nach Fig. 1,

kommt. Wenn die 1-Position nur eine Zwischenstufe Fig. 3 ein logisches Und-Nicht-Element, welches

ist, kann dem Rotor gestattet werden, die 1-Position zum Antrieb des sechsphasigen elektrischen Schritt-

zu überlaufen und dann in die nächste 2-Position in schaltmotors nach den F i g. 1 und 2 anwendbar ist,

Stillstand gezogen zu werden, und zwar durch eine io F i g. 4 ein Zeitdiagramm, in welchem die elek-

genaue Auswahl des Zeitpunktes, bei welchem die irischen Steuersignale, die Eingangssignale zum

nächste Phase erregt wird. Translatorkreis und die Ausgangssignale, welche aus

Ein für diese Betriebsweise eines dreiphasigen dem Translatorkreis erhalten werden und zum Anelektrischen Schrittschaltmotors bestimmter dreipha- trieb der sechs Phasen des elektrischen Schrittschaltsiger Translatorkreis kann in Zusammenhang mit der 15 motors verwendet werden, dargestellt sind,
vorliegenden Erfindung zum Antrieb eines sechs- F i g. 5 eine schematische Darstellung eines erfinphasigen elektrischen Schrittschaltmotors nur durch dungsgemäßen Systems zum Umwandeln elektrischer die Ergänzung eines einfachen binären Trigger- digitaler Steuersignale in diskrete, abgestufte Winkel-Kreises verwendet werden, um die Eingangsimpuls- bewegung unter Verwendung des Translatorkreises folge durch 2 zu teilen, bevor die Impulse in den 20 nach Fig. 3 in Verbindung mit einem sechsphasigen dreiphasigen Translatorkreis eingespeist werden. Das elektrischen Schrittschaltmotor nach Fig. 1, wobei nachfolgend in Übereinstimmung mit der vorliegen- die Anordnung entsprechend dem Zeitdiagramm der ä den Erfindung beschriebene und dargestellte beson- Fig. 4 wirksam wird, ~ dere System ist ein System dieser Art. F i g. 6 schematisch ein System zum Umwandeln

Der Entwurf eines Translatorkreises, welcher drei 25 elektrischer digitaler Steuersignale in diskrete, ge-

Ausgangssignale und ihre Komplemente liefert, ist stufte Winkelbewegungen unter Verwendung eines

eine vergleichsweise einfache Aufgabe für den Elek- dreiphasigen elektrischen Schrittschaltmotors und des

tronik-Ingenieur, welcher mit den verschiedenen ver- Translatorkreises nach Fig. 3,

fügbaren logischen Elementen und mit den Methoden Fig. 7 die Schaltelemente des bekannten Strom-

und Formeln zum Aufbau eines Schaltkreises unter 30 Verstärkers, welcher in Blockform in den F i g. 5

Verwendung dieser verfügbaren Elemente für eine und 6 dargestellt ist und

bestimmte Aufgabe vertraut ist. Fig. 8 einen doppelten Stromverstärker, welcher

Als Ergebnis der erfindungsgemäßen Auswahl von verwendet werden kann, um ein Paar der in F i g. 5 sechs Phasen für den elektrischen Schrittschaltmotor gezeigten Stromverstärker zu ersetzen,
gibt es einen weiteren Vorteil, welcher mit Vorwider- 35 In der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Teile ständen in Verbindung steht, welche in den erregten durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.
Kreisen für jede Motorphase vorgesehen sind. Einen In den Fig. 1 und 2 wird ein sechsphasiger elek-Vorwiderstand vorzusehen, ist bei bekannten elek- irischer Schrittschaltmotor im allgemeinen durch das irischen Schrittschaltmotoren üblich und notwendig Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Der Motor 1 besitzt (vgl. VDI-Zeitschrift 107 [1965], S. 176, Bild6), weil 40 eine Ausgangswelle 2, welche einen Rotor 3 trägt, zum Erreichen hoher Schrittgeschwindigkeiten der der zwei Paare von Polen 4 besitzt (wie es schema-Strom durch die eine Phase des elektrischen Schritt- tisch in F i g. 2 gezeigt ist), wobei der Rotor 3 mit der schaltmotors darstellende, jeweilige Spule seinen Ausgangswelle 2 frei in Wälzlagern 5 drehbar ist. i Höchstwert in einer Zeitspanne erreichen muß, Innerhalb des Gehäuses 6 des Schrittschaltmotors 1 " welche so kurz wie irgendwie durchführbar sein muß. 45 sind sechs axial mit Abstand voneinander angeord-Weil die Zeitkonstante des erregten Kreises von der nete Statorgruppen 7 befestigt, von welchen jede eine Induktivität und dem Widerstand der Spule oder eigene Wicklung 8 besitzt. Jede Wicklung erregt je-Motorwicklung abhängig ist, wird der Vorwiderstand weils eine der sechs Phasen, welche durch die Beeingeschaltet, welcher einen bis zu zehnmal größeren zugszeichen A, Ä~, B, Έ, C, ü aus nachfolgend noch Wert besitzen kann als der Widerstand der Spule 50 ersichtlichen Gründen bezeichnet sind. In Fig. 1 selbst. Ein Hochlastwiderstand dieser Art ist eine und 2 sind die sechs Wicklungen 8 konzentrisch zum sperrige Einzelheit und ist im Vergleich mit den Rotor 3 angeordnet und bei Erregung erzeugen sie meisten anderen Elementen des Kreises und ins- den in F i g. 1 dargestellten Magnetfluß. Jede Statorbesondere mit den anderen in der elektrischen Schal- gruppe 7 besitzt zwei Paare von Polen Ία, welche tung des Systems verwendeten Widerständen teuer. 55 schematisch in Fig. 2 dargestellt sind, und die Pole Es war bisher üblich, einen Vorwiderstand für jede der einzelnen Statorgruppen A, ~Ä, B, Έ, C, ü sind Phase des elektrischen Schrittschaltmotors zu ver- phasenverschoben im Abstand von einem Sechstel wenden. des Polabstandes in der Reihenfolge A,~B,C,Ä~,B,ü,

Die Erfindung ermöglicht es jedoch, die Phasen wie in Fig.2 gezeigt. In der Praxis sind mehr als des elektrischen Schrittschaltmotors, welche durch 60 zwei Polpaare auf den Statorgruppen 7 und dem Roeinen Ausgangsimpuls und sein Komplement erregt tor 3 vorgesehen, jedoch sind in F i g. 2 nur zwei Polwerden und welche deshalb niemals gleichzeitig er- paare dargestellt, um die Übersichtlichkeit der scheregt werden, parallel zueinander anzuordnen und den matischen Darstellung zu fördern. Die Drehung des Parallelkreis in Serie mit dem Vorwiderstand zu elektrischen Schrittschaltmotors wird durch die maschalten. 6s gnetische Anziehung zwischen den Polen la der

An Hand der Beschreibung eines in der Zeich- Statorgruppen 7 und den Rotorpolen 4 bewirkt. Drei

nung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfin- der Spulen 8 sind immer gleichzeitig erregt. Falls die

dung wird diese näher erläutert. Es zeigt Phasen ü, A und 7J zusammen erregt werden, wird

der Rotor 3 eine Stellung einnehmen, in welcher seine Pole 4 zu den Polen des Stators A ausgerichtet sind, wie in F i g. 2 dargestellt. Wird die Erregung der Phase C beendet und gleichzeitig die Phase C erregt, so wird der Rotor 3 veranlaßt, sich im Uhrzeigersinne zu bewegen, so daß sich seine Pole 4 zu den Polen des Stators E ausrichten. Man ersieht daraus, daß zum Drehen des Motors im Uhrzeigersinn die notwendige Folge der Erregung der Spulen 8 wie folgt ist:

ίο CAE, ÄEC, ~ECÄ, CÄB, ABC', ECA, ~CÄE.

Um den Motor in einer dem Uherzeigersinn entgegengesetzten Richtung zu drehen, werden die Spulen 8 wie folgt erregt:

, BCA, -ABC, CÄB, ECÄ, ÄEC, CAE.

Die Drehung des Motors wird von einer Steuerschaltung oder einem Translatorkreis gesteuert, weleher die Eingangssteuerimpulse in die Ausgangsimpulsfolge zur Erregung der sechs Phasen des Schrittschaltmotors umwandelt.

F i g. 3 zeigt einen Translatorkreis 9, welcher zum Antrieb des Motors 1 verwendet werden kann und welcher die Möglichkeit bietet, die Erregerfolge seiner Ausgangsimpulse umzukehren, ohne die Winkelbeziehung zu verlieren. Die Eingangssteuersignale bestehen aus zwei Signalen / und D, deren Form in F i g. 4 dargestellt ist. I ist ein Eingangssignal, welches aus einer Reihe von Impulsen besteht, von welchen jeder einen Schritt der gewünschten Ausgangsver-Schiebung darstellt, während D ein Steuersignal für die Richtung darstellt, welches die Folge festlegt, in welcher die Phasen erregt werden und welches damit die Richtung der Ausgangsverschiebung, d. h. die Drehrichtung der Ausgangswelle, festlegt. In dieser Beschreibung bedeutet ein Querbalken über einer Eingangs- oder Ausgangs-Veränderlichen immer ein Komplement, so daß beispielsweise das Signal ZJ das Komplement des Signals D darstellt. Beide Signale D und ZJ werden dem Translatorkreis 9 der F i g. 3 zusammen mit einem später erläuterten Signal T zügeführt.

Der Translatorkreis 9 nach F i g. 3 ist aus achtzehn logischen Und-Nicht-Toren 1 bis 18 gebildet und dazu bestimmt, drei Ausgangsimpulse Z_a, Z₆ und Z_c zu liefern. Diese werden paarweise mit einem Zwischenzustand erzeugt, in welchem nur ein Ausgangssignal erzeugt wird. Die Ausgangsimpulse stehen in der Reihenfolge

tO "SI

bi "&J

für einen Wert des Richtungssteuersignals D zur Verfügung und in der Reihenfolge

77777777777

für den anderen Wert des Richtungssteuersignals.

Tatsächlich ist der Zustand des Translatorkreises 9 der Fig. 3, in welchem nur ein Ausgangsimpuls erzeugt wird, eine Übergangsstufe zwischen zwei Zuständen, beispielsweise zwischen den Stufen Z_bZ_a, Z_aZ_c, welche durch aufeinanderfolgende Impulse des Eingangssignals / bestimmt werden. Der Translatorkreis nach F i g. 3 ist deshalb im wesentlichen dreiphasig und ist für die Folge 2, (1), 2, (1), 2 der Erregung eines dreiphasigen elektrischen Schrittschaltmotors ausgelegt.

Es sind jedoch in dem Kreis nach Fig. 3 auch die Umkehrungen oder Komplemente Z₀, Z₆, Z_c der Ausgangssignale Z_a, Z₆, Z_c vorhanden, und gemäß der vorliegenden Erfindung werden die sechs Ausgänge Z_a, Z₀, Z₆, Z₆, Z_c, ~Z_C nach geeigneter Verstärkung dazu verwendet, die sechs Phasen des Schrittschaltmotors 1 anzutreiben. Der Ausgang Z₁₁ ist mit der Spule 8 verbunden, welche als Phase A des Motors bezeichnet ist, der Ausgang Z₀ mit der Spule 8, welcher als Phase Ä des Motors bezeichnet ist, usw.

Um den Drei-Phasen-Translatorkreis 9 nach F i g. 3 dem Antrieb des sechsphasigen elektrischen Schrittschaltmotors 1 anzupassen, ist es erforderlich, aus dem Eingangssignal / ein Zwischensignal T (Fig. 4) mit einer Frequenz abzuleiten, welche gleich der Hälfte der Frequenz des Eingangssignals ist. Die Ableitung eines neuen Antriebssignals ist notwendig, weil der dreiphasige Translatorkreis 9 nach F i g. 3 so konstruiert ist, daß die Dauer der Impulse des Signals / die Zeitspanne bestimmt, während welcher eine einzelne Phase eines dreiphasigen elektrischen Schrittschaltmotors erregt wird. Beim Kreis 9 kann ohne Verlust der Winkelbeziehung die Erregungsreihenfolge umgekehrt werden.

In F i g. 5 ist im Blockschaltbild ein vollständiges erfindungsgemäßes System dargestellt, welches den Translatorkreis 9 nach F i g. 3 umfaßt. Das Eingangssignal / wird direkt auf einen binären Triggerkreis 10 übertragen, welcher eine einfache Auszählvorrichtung mit dem Übersetzungsverhältnis 2 ist, in welchem der Ausgang seinen Zustand mit der ansteigenden oder vorderen Kante eines jeden Eingangsimpulses des Signals / wechselt. Der binäre Triggerkreis 10 teilt somit das Eingangssignal / durch 2, um das Signal T zu erzeugen, welches bei der in F i g. 3 und 5 mit T bezeichneten Stelle dem dreiphasigen Translatorkreis 9 zugeführt wird.

Dem dreiphasigen Translatorkreis 9 werden außerdem die Signale D und ZJ zugeführt. Die Ausgänge Z_a, Z₆ und Z_c werden zusammen mit ihren Komplementen Z₀, Z₆ und Z_c aus dem Translatorkreis 9 gewonnen und werden nach Verstärkung in Stromverstärkern 11 den entsprechenden Phasen des sechsphasigen Motors 1 zugeführt.

In dem Zeitdiagramm nach F i g. 4 ist die Dauer der Ausgangsimpulse und demzufolge die Dauer der Komplemente der Ausgangsimpulse gezeigt, wobei die die eine Richtung der Drehbewegung der Ausgangswelle 2 des Motors 1 steuernde Folge auf der linken Seite des Zeitdiagramms gezeigt ist, während die für den anderen Zustand des Richtungssteuer-

· IT-.!,· ,T-- r 1 -1 A

signals D bestimmte Erregungsfolge der Ausgangsimpulse in der rechten Seite des Zeitdiagramms der F i g. 4 gezeigt ist. Man erkennt, daß zu jeder Zeit drei Phasen des elektrischen Schrittschaltmotors

Zu Vergleichszwecken ist in F i g. 6 ein genau vergleichbares System zum Antrieb eines dreiphasigen elektrischen Schrittschaltmotors 1 α gezeigt. Die zusätzlichen Schaltungselemente, welche vorgesehen worden sind, um den sechsphasigen elektrischen Schrittschaltmotor 1 entsprechend der Ausführungsform der Erfindung anzutreiben, besteht nur aus dem binären Triggerkreis 10 und drei zusätzlichen Stromverstärkern 11.

Zwei der Stromverstärker 11, welche von herkömmlicher Art sind, sind in F i g. 7 gezeigt. Das SignalZ aus dem Translatorkreis 9 wird der Basis

309 523/172

eines Transistors 12 zugeführt, welcher in Serie mit der Spule 8 der jeweiligen Phase des elektrischen Schrittschaltmotors 1 geschaltet ist, wobei die Induktivität und der Widerstand der Spule 8 in F i g. 7 getrennt dargestellt sind. Ebenfalls in Serie mit dem Transistor 12 und der Spule 8 verbunden ist ein Vorwiderstand 13, welcher beispielsweise einen zehnmal so großen Widerstand besitzen kann wie die Spule 8. Ein Kondensator 14 und ein Widerstand 15 sind dem Transistor 12 parallel geschaltet, um die induzierte Spannung zu begrenzen, welche beim Abschalten am Transistor 12 auftritt, so daß eine Zerstörung des Transistors 12 verhindert wird.

Der Vorwiderstand 13 wird vorgesehen, um die Zeitkonstante des Kreises zu verringern, welche von der Induktion und dem Widerstand der Spule 8 abhängt, so daß der durch die Spule 8 fließende Strom seinen Maximalwert in der kürzest möglichen Zeit erreicht. Der Vorwiderstand ist deshalb ein wesentlicher Bestandteil des in F i g. 7 dargestellten Strom-Verstärkers. Im Schaltungssystem der F i g. 7 ist für jede Phase des elektrischen Schrittschaltmotors 1 ein Vorwiderstand 13 vorgesehen, wie dies bisher bei bekannten elektrischen Schrittschaltmotoren der Fall war.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann bei einem Schaltungssystem nach F i g. 7 eine Kostensenkung erreicht werden, indem zwei Stromverstärker 11 durch einen doppelten Stromverstärker 16 ersetzt werden, welcher in F i g. 8 gezeigt ist. Denn in dem erfindungsgemäßen System, bei welchem ein sechsphasiger elektrischer Schrittschaltmotor 1 verwendet wird, bei welchem die Ausgangsimpulse und die Komplemente der Ausgangsimpulse zum Antrieb zweier Phasen verwendet werden, tritt das Antriebssignal, welches jeweils einen Ausgangsimpuls und sein Komplement umfaßt, niemals gleichzeitig auf, so daß die Anzahl der Vorwiderstände 13, welche vergleichsweise teuere und viel Raum in Anspruch nehmende Elemente der Steuerschaltung sind, verringert werden kann. Bei dem doppelten Stromverstärker 16 sind die Transistoren 12, welche das Ausgangssignal Z_a und sein Komplement Z_a verstärken, in einer Parallelschaltung verbunden, welche zugleich die jeweiligen Spulen 8 mit einschließt. Ein einfacher Vorwiderstand 13 ist in Serie mit dem Parallelkreis verbunden, welcher in jedem Zweig einen Transistor 12 und eine Spule 8 umfaßt.

Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung, welche den dreiphasigen Translatorkreis 9 der F i g. 3 umfaßt, mußte ein Signal T mit einer vom Eingangssignal / verschiedenen Frequenz erzeugt werden. Wenn man jedoch einen dreiphasigen Translatorkreis verwendet, welcher zum Antrieb eines elektrischen Schrittschaltmotors konstruiert ist, bei welchem die Folge der Erregung der Phasen 2, 1, 2, 1, 2 ist, kann der Translatorkreis ohne die Hinzufügung irgendwelcher weiterer Elemente verwendet werden, und der Schritt zur Ableitung des Signals T kann vermieden werden. Die Steuersignale / und D der F i g. 4 werden einem solchen Translatorkreis direkt zugeführt, und zwar zusammen mit T), und die sechs Ausgangsimpulse werden verstärkt und den sechs Phasen des Motors zugeführt.

Jede Phase des sechsphasigen elektrischen Schrittschaltmotors wird eine längere Zeit erregt als die Phase eines dreiphasigen elektrischen Schrittschaltmotors. Demzufolge steht der Strom in jeder Phase des Motors eine längere Zeit an, und auf den Rotor wird ein wirksameres Drehmoment übertragen.

Weil drei Phasen des sechsphasigen elektrischen Schrittschaltmotors gleichzeitig erregt werden, um die Bewegung des Motors bei der beschriebenen und dargestellten Erfindung zu steuern, ist das erzeugte Drehmoment doppelt so groß wie das Drehmoment, welches bei einem bekannten dreiphasigen elektrischen Schrittschaltmotor entwickelt wird. Das beschriebene System ist deshalb aus zwei Gründen in der Lage, bei einer höheren Frequenz zu arbeiten, nämlich erstens wegen des größeren auf den Rotor des Schrittschaltmotors übertragenen Drehmoments und zweitens wegen der Verwendung einer größeren Anzahl von Phasen im Schrittschaltmotor.

Es wurde gefunden, daß ein erfindungsgemäßes System bei Verwendung eines sechsphasigen elektrischen Schrittschaltmotors mit einer Geschwindigkeit von 12 000 Schritten pro Sekunde arbeiten kann, während bekannte fünfphasige Systeme eine Maximalgeschwindigkeit in der Größenordnung von 8000 pro Sekunde für ein entsprechendes Ausgangsdrehmoment besitzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 einer die numerische Positionssteuerung von Werk-Patentansprüche: zeugmaschinen ist. In allen Anwendungsgebieten dient der elektrische Schrittschaltmotor als eine Art

1. System zur Umwandlung elektrischer digi- Digital-Analog-Umwandler, in welchem eine elektaler Steuersignale in diskrete, gestufte Winkelbe- 5 irisch, in Impulsform zugeführte Eingangsinformation wegungen in einem mehrphasigen elektrischen in eine diskontinuierliche analoge Stellung der AusSchrittmotor, wobei die elektrischen Steuersignale gangswelle umgewandelt wird.

eine Serie von Impulsen, von welchen jeder einer Die dem elektrischen Schrittschaltmotorsystem zuStufe der gewünschten Winkelbewegung ent- geführten digitalen Steuersignale umfassen eine Serie spricht, sowie ein Richtungssteuersignal umfassen io von Eingangsbefehlsimpulsen, von welchen jeder eine und diese Steuersignale einem aus logischen elek- Stufe einer gewünschten Winkelbewegung darstellt, Ironischen Elementen aufgebauten Translator- und ein Richtungssteuersignal, welches eine von zwei kreis zugeführt werden, welcher eine Anzahl von Bedingungen aufweisen kann, beispielsweise Vordigitalen Ausgangssignalen erzeugt, die zum An- handensein oder Fehlen, und welches die Richtung trieb der jeweiligen Phasen des Schrittschaltmo- 15 der Drehbewegung des elektrischen Schrittschalttors dienen, gekennzeichnet durch die motors steuert. Die Geschwindigkeit des Schrittschalt-Verwendung eines sechsphasigen Schrittschalt- motors wird durch die Frequenz der zugeführten Immotors (1) und eines zum Antrieb eines dreipha- pulse bestimmt, und der Drehwinkel der Motoraussigen Schrittschaltmotors geeigneten dreiphasigen gangswelle entspricht der Summe der empfangenen Ausgangs-Translatorkreises (9), dessen digitale 20 Impulse. Falls kein Impuls vorhanden ist, wird der drei Ausgangssignale (Z_a, Z_b, Z_c) zusammen mit Motor durch ein elektromagnetisches Feld oder durch ihren Komplementen (Z_a, ~Z_b, Z_c) zur Erregung eine mechanische Arretiervorrichtung stationär ge- Λ der sechs Phasen des elektrischen Schrittschalt- halten. ^ motors in der Weise verwendet sind, daß drei je- Ein bekannter elektrischer Schrittschaltmotor ist weils nicht voneinander abgeleitete, im Winkel 25 ein Drei-Phasen-Motor, d. h. ein Motor, welcher aufeinanderfolgende Phasen des Schrittschaltmo- einen Rotor umfaßt, der eine gewisse Anzahl («) von tors (1) bei jedem Arbeitszustand des Translator- Polen und drei Statoren aufweist, von welchen jeder kreises erregt sind. die gleiche Polzahl (n) besitzt. Die drei Statoren sind

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekenn- im Winkel zueinander versetzt angeordnet, so daß ein zeichnet, daß der dreiphasige Ausgangs-Transla- 30 Statorpol auf jeweils ein Drittel des Polabstandes des torkreis (9) eine Impulsfolge erzeugt, die einen Rotors trifft. Der Motor wird durch aufeinanderdreiphasigen Schrittschaltmotor in einer 2-(I)- folgende Erregung der drei Phasen betätigt, welche 2-(l), 2-Folge antreibt, und daß ein binärer durch die drei getrennten Statoren geschaffen werden, Triggerkreis (10) vorgesehen ist, der die Frequenz und der Motor wird durch Wechsel der Aufeinanderdes Eingangssignales halbiert, bevor dieses dem 35 folge der Erregung der Phasen umgesteuert. Die aufdreiphasigen Translatorkreis zugeführt wird. einanderfolgende Erregung der einzelnen Phasen wird

3. System nach einem der vorhergehenden An- durch einen elektronischen logischen Kreis bewirkt, sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus- welcher als Translatorkreis bekannt ist. Desgleichen gangssignale (Z₀, Z_b, Z_c) und ihre Komplemente sind auch 4-, 5- und m-phasige Motoren einschließ-(Z₀, Z_b, Z_c) den zugehörigen Spulen des sechs- 40 lieh ihrer logischen Steuerschaltungen bekannt (Elekphasigen Schrittschaltmotors über Vorwiderstände tronik, 16. Jg., 1967, H. 1, S. 1 bis 6; französische so zugeführt sind, daß jeweils ein einziger Vor- Patentschrift 1379 471).

widerstand (13) in Serie mit Parallelkreisen ge- Elektrische Schrittschaltmotoren sind in ihrer An- |

schaltet ist, welche in jedem Zweig je eine mit wendung insbesondere durch die maximale Schritt- " einem Ausgangssignal (z. B. Z₀) und eine mit 45 frequenz, auf welche sie ansprechen, begrenzt. Die dessen Komplement (z. B. Z_ß) beaufschlagte Spule maximale Schrittfrequenz des Motors kann bekanntdes elektrischen Schrittschaltmotors aufweisen. lieh durch Steigerung der Phasenzahl erhöht werden.

Die Erhöhung der Phasenzahl bei elektrischen Schrittschaltmotoren bringt jedoch zwangläufig eine Steige-

50 rung der Kompliziertheit des Translatorkreises mit

sich, welcher für den Betrieb des Motors notwendig ist (vgl. französische Patentschrift 1379 471).

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Um- Als Anzeichen für die Steigerung der Kompliziertwandlung elektrischer digitaler Steuersignale in dis- heit des Translatorkreises bei der Erhöhung der krete, gestufte Winkelbewegungen in einem mehr- 55 Phasenzahl eines elektrischen Schrittschaltmotors phasigen elektrischen Schrittmotor, wobei die elek- kann gelten, daß im Vergleich mit einem Translatortrischen Steuersignale eine Serie von Impulsen, von kreis zum Betrieb eines dreiphasigen Schrittschaltwelchen jeder einer Stufe der gewünschten Winkel- motors der fünfphasige einen Translatorkreis erforbewegung entspricht, sowie ein Richtungssteuersignal dert, bei welchem die Anzahl der logischen Elemente umfassen und diese Steuersignale einem aus logischen 60 um wenigstens 50% erhöht ist.
elektronischen Elementen aufgebauten Translator- Es hatte bisher den Anschein, daß eine Steigerung

kreis zugeführt werden, welcher eine Anzahl von der Phasenzahl eines elektrischen Schrittschaltmotors digitalen Ausgangssignalen erzeugt, die zum Antrieb unabweislich zu einer Steigerung der Kompliziertheit der jeweiligen Phasen des Schrittschaltmotors dienen. des Translatorkreises führen müsse. Der Erfindung Eine derartige Anordnung ist bekannt (französische 65 liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem elek-Patentschrift 1379 471). irischen Schrittschaltmotor höhere Schrittfrequenzen

Elektrische Schrittschaltmotorsysteme sind in einer zu erreichen und hierbei mit einem Translatorkreis Anzahl von Bereichen anwendbar, von welchen auszukommen, welcher weniger kompliziert ist als