DE2935132A1

DE2935132A1 - Einrichtung zur speisung der antriebsspulen eines synchronmotors

Info

Publication number: DE2935132A1
Application number: DE19792935132
Authority: DE
Inventors: Larry D Beer; James M Slicker
Original assignee: Valeron Corp
Current assignee: Valenite LLC
Priority date: 1978-08-31
Filing date: 1979-08-30
Publication date: 1980-03-13
Also published as: IT1162416B; CA1112717A; JPS5546899A; US4223260A; IT7950140A0; GB2029137A; FR2435153A1; BR7905586A

Description

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Einrichtung zur Speisung der Antriebsspulen eines Synchronmotors

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Speisung der Antriebsspulen eines mehrphasigen Synchronmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei dem Synchronmotor kann es sich dabei insbesondere um einen Schrittschaltmotor handeln» Bei derartigen Synchronmotoren werden die Antriebsspulen zyklisch nacheinander mit Stromimpulsen gespeist, die in Abhängigkeit von entsprechenden Steuerimpulsen erzeugt werden, und jeder Stromimpuls in einer Antriebsspule führt dazu, daß sich der Rotor um einen Schritt weiterdreht, wobei dessen Polachse auf die Achse der jeweils gespeisten Spule eingestellt wirdο In den meisten Fällen sind die Antriebsspulen am Statorumfang angeordnet, während der Rotor mit Permanentmagneten ausgerüstet ist- Stattdessen können jedoch auch gleichstromgespeiste Spulen vorgesehen sein, und es können auch umgekehrt die Antriebsspulen auf dem Rotor und die Permanentmagnete bzw. Gleichstromspulen am Statorumfang angeordnet sein»

Bei einer bekannten Einrichtung zur Speisung der Antriebsspulen eines Schrittschaltmotors sind auf ümfangsabschnitten des Stators jeweils zwei Antriebsspulen gleicher Windungszahl vorgesehen, die jedoch hinsichtlich ihres Win- _dungssinnes gegensinnig verlaufen, also bifilar gewickelt sind, um die erforderliche Flußumkehr in den Stator-Polschuhen in einfacher Weise bewirken zu können, da anderenfalls zwei getrennte Spannungsquellen entgegengesetzter Polarität zur Speisung erforderlich wären. Bei einer Ausführung smögl ichke it eines solchen Motors sind zwei bifilare Wicklungen mit insgesamt vier Spulen vorgesehen, die zur schrittweisen Weiterbewegung einzeln und nacheinander ein= geschaltet werden können«

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Es ist weiter bekannt, bei Schrittschaltmotoren zur Erzielung einer günstigen Kennlinie den Spulenstrom während der jeweiligen Einschaltdauer möglichst konstant zu halten. Eine Möglichkeit besteht darin, den Spulenstrom durch häufige, kurzzeitige Unterbrechungen hinsichtlich seines Mittelwerts zu regeln und hierfür einen Regler vorzusehen, der in Abhängigkeit vom Stromistwert in der jeweils gespeisten Spule und von einem vorgegebenen Stromschwellenwert die Unterbrechungen mittels der Kommutatorschaltung bewirkt. Wenn der Stromistwert den Stromschwellenwert überschreitet, so erfolgt hierbei eine kurzzeitige Unterbrechung, die den durch die Spule fließenden Strom bis auf einen Wert unterhalb des Stromschwellenwerts abfallen läßt, worauf der Spulenstrom wieder eingeschaltet wird. Bei bekannten derartigen Einrichtungen ergeben sich jedoch hohe, zu Erwärmungen führende Leistungsverluste im Motor und in der Kommutatorschaltung, was auf relativ hohe Unterbrechungsfrequenzen, eine relativ langsame Kommutierung infolge der induktiven Last bei der Weiterschaltung von Phase zu Phase und Abschaltstromspitzen zurückzuführen ist, die bei der Umschaltung von Phase zu Phase auftreten und entsprechende Leistungsverluste bewirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art mit geringem Bauaufwand derart weiterzubilden, daß sie mit relativ geringen Unterbrechungsfrequenzen auskommt, geringe Leistungsverluste und entsprechende Erwärumgen infolge von Umschaltvorgängen hat und trotzdem hohe Beschleunigungswerte und einen zuverlässigen Motorbetrieb bei hohen Drehzahlen ermöglicht.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

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Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung sind die zweiten Schalter gleichzeitig mit mehreren und vorzugsweise zwei Spulen in Reihe geschaltet, wodurch der Bauaufwand verringert und die Weiterschaltung in Verbindung mit den von der Steuerschaltung zusätzlich erzeugbaren Steuerimpulsen erleichtert wird. Diese zusätzlichen Steuerimpulse können nämlich die zweiten Schalter während des Weiterschal tvor ganges geöffnet halten, wodurch Leistungsverluste infolge des Umschaltvorganges vermieden werden.

Ausgestaltungen der Einrichtung gemäß der Erfindung sind in den UnteranSprüchen angegeben».

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert,, in denen ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es zeigt;

Fig„ 1 als Blockschaltbild eine Einrichtung gemäß der Erfindung zur Speisung der Antriebsspulen eines Schrittschaltmotors ?

Fig. 2 die Kommutatorschaltung der Einrichtung gemäß

Fig. 1? ■ . _ "

Fig. 3 den Regler der Einrichtung gemäß Fig„ 1?

Fig. 4 die Steuerschaltung der Einrichtung gemäß Fig. T„

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau der Einrichtung,, Fig. 2 bis 4 zeigen genauer den Schaltungsaufbau von Einzelteilen der in Fig. 1 dargestellten Ein- richtung.

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Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung umfaßt eine Kommutatorschaltung 100, über die aus einer nicht gezeigten Gleichstromquelle die Speisung der Antriebsspulen 102 bis 105 eines nicht näher dargestellten Motors erfolgt. Beim Ausführungsbeispiel sind vier Antriebsspulen 102 bis 105 vorgesehen, die am Statorumfang des Motors angeordnet sind, während dessen Rotor zwei von einem Permanentmagneten gespeiste Pole aufweist. Die Steuerung der KommutatorSchaltung 100 erfolgt einerseits mittels einer Steuerschaltung 110 über Leiter 111 bis 114, über die die Stromspeisung der Spulen 102 bis 105 ermöglichende Steuerimpulse zyklisch zugeführt werden.

Andererseits ist die Kommutatorschaltung 100 von einem Regler 120 über Leiter 121, 122 gesteuert, auf denen UnterbrechungsSignaIe zur Konstanthaltung des jeweiligen mittleren Spulenstroms übertragen werden. In der Kommutatorschaltung 100 sind zwei Meßgleider zur Messung des Spulenstroms in der Spule 102 oder der Spule 103 bzw. in der Spule 104 oder der Spule 106 vorgesehen, und die den Stromistwert anzeigenden Ausgangssignale dieser Meßglieder werden über Leiter 123, 124 zum Regler 120 übertragen. Von der Steuerschaltung 110 zusätzlich erzeugbare Steuerimpulse werden zum Regler 120 über Leiter 115, 116 übertragen. Diese zusätzlichen Steuerimpulse dienen dazu, die die kurzzeitigen Unterbrechungen des Spulenstroms bewirkenden zweiten Schalter jeweils beim Übergang von der Speisung einer Spule zur Speisung der nächstfolgenden Spule kurzzeitig geöffnet zu halten.

Die insoweit beschriebene Einrichtung wird ihrerseits von einer Führungssignalquelle 130 gesteuert. Bei der Führungssignalquelle 130 kann es sich beispielsweise um ein rechnergestütztes, übergeordnetes Regelsystem handeln, das in einer Werkzeugmaschine zur Einstellung und Nachstellung der Werkzeuge dient und bei dem der mittels der Einrichtung gespeiste Motor als Stellglied verwendet ist. Die Führungssignalquelle

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gibt auf einem Leiter 131 ein die gewünschte Drehrichtung des Motors bezeichnendes binäres Signal ab„ das der Steuerschaltung 110 als Eingangssignal zugeführt ist. Weiter erzeugt die Fuhrungssignalquelle auf einem Leiter 132 ein Taktsignal, dessen Frequenz die gewünschte Drehzahl des gespeisten Motors bezeichnet und bei dessen Ausbleiben der Motor stehenbleiben soll« Schließlich gibt die Führungssignalquelle 130 auf einem Leiter 133 ein binäres Signal ab, dessen Signalzustände zwei verschiedene Schwellenwerte des Spulenstroms bezeichnen? der niedrigere Schwellenwert wird beim Leerlauf des Motors, der höhere Schwellenwert bei Beschleunigung und Belastung des Motors vorgegeben-. Ein Leerlauf kann beispielsweise bei dem erwähnten Regelsystem möglich sein, wenn dem Motor eine ebenfalls von der Fuhrungssignalquelle 130 gesteuerte elektromagnetische Kupplung nachgeschaltet ist.

Die Kommutatorschaltung 100 ist in Fig« 2 näher dargestellt. Dort sind auch zur Verdeutlichung die keinen Teil der Kommutator schaltung 100 bildenden,, im nicht dargestellten Motor befindlichen Spulen 102 bis 105 gezeigt, die jeweils einen ersten Anschluß 151, 153, 155, 157 und einen zweiten Anschluß 152, 154, 156, 158 aufweisen» Mehrfach vorhandene Teile wie beispielsweise die ersten Schalter 210 bis 204 sind in Fig. 2 wie auch in den noch zu beschreibenden Fig. 3 und 4 durch Blöcke dargestellt, die bei gleichen Teilen in ihrer rechten unteren Ecke gleiche Großbuchstaben - im Falle der ersten Schalter 201 bis 204 den Buchstaben A tragen; zur Vereinfachung der Beschreibung ist jeweils nur ein solcher Block in seinem Aufbau näher dargestellt und beschrieben.

Die Spulen 102 bis 105 sind jeweils einer Phase 0., bis 0. des Motors zugeordnet. Die ersten Anschlüsse 151, 153, 155,

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157 der Spulen 102 bis 105 sind über einen mit der jeweiligen Spule 102 bis 105 in Reihe geschalteten ersten Schalter 201 bis 204 mit dem positiven Anschluß +V₁ einer nicht weiter dargestellten Gleichspannungsquelle verbunden. Die ersten Schalter 201 bis 204 enthalten als Schaltglied einen Leistungstransistor Q1, Q2, ..., dessen Kollektor am Anschluß +V₁ der Gleichspannungsquelle liegt und dessen Emitter über eine in Reihe mit ihm und bezüglich des Spulenstroms in Durchlaßrichtung gepolte Schutzdiode D1, D2, ... mit der zugeordneten Spule 102 bis 105 verbunden ist. Die den ersten Schaltern 201 bis 204 abgewandten zweiten Anschlüsse 152, 154, 156, 158 der Spulen 102 bis 105 sind paarweise verbunden, so daß die Reihenschaltung beispielsweise des ersten Schalters 101 mit der Spule 102 und die Reihenschaltung des ersten Schalters 202 mit der Spule 103 parallel zueinander geschaltet sind und in Reihe mit einem den so verbundenen Spulen - im Beispiel den Spulen 102, 103 - gemeinsamen zweiten Schalter - im Beispiel dem zweiten Schalter 205 - geschaltet sind. Letzterer weist als Schaltstrecke einen Leistungstransistor QI3 auf, dessen Kollektor an die miteinander verbundenen Spulenanschlüsse - im Falle des zweiten Schalters 205 an die Anschlüsse 152, 154 - und dessen Emitter über einen Meßwiderstand R₅^, an Masse angeschlossen ist. Ein Speisestrom für die Phase 0₁ kann somit vom positiven Anschluß +V- der Gleichspannungsquelle über die Hauptstromstrecke des Leistungstransistors Q1, die Schutzdiode D1, die Spule 102, die Hauptstromstrecke des Leistungstransistors QI3 und den Meßwiderstand R₅₇ zur Masse fließen.

Zur öffnung des ersten Schalters 201 wird diesem über den Leiter 111 ein Steuerimpuls i*on L-^s^el zugeführt, woäujfeh is ii3 vorgesehene 2""-isi.sboi3.:i ~<9 ■* C? Islterd wer-

eine geeignete Vorspannung der Transistoren Q9, Q5 und Ql. Das öffnen der weiteren ersten Schalter 202 bis 204 erfolgt in entsprechender Weise durch zyklisch von der Steuerschaltung 110 erzeugte Steuerimpulse, wobei der jeweilige erste Schalter 201 bis 204 während der gesamten Dauer eines Steuerimpulses leitend bleibt,, .

Zum Schließen des zweiten Schalters 205 wird diesem über den Leiter 121 ein Signal von L-Pegel zugeführt, wodurch die Transistoren Q17, Q15 leitend werden und auch der Leistungstransistor Q13 leitend gemacht wird. Mittels Widerständen R53 bis R56 werden geeignete Vorspannungen für die Steuerung der Transistoren Q17, Q15,-Q13 erzeugt. Hat das Unterbrechungssignal auf dem Leiter 121 den logischen Zustand Null, so ist der Leistungstransistor Q13 nichtleitend und der zweite Schalter 205 geöffnet. Die Steuerung des zweiten Schalters 206 über den Leiter 122 erfolgt in entsprechender Weise.

Zwischen die miteinander verbundenen zweiten Anschlüsse 152, 154 sowie 156, 158 der Spulen 102, 103 bzw. 104, 105 einerseits und den positiven Anschluß +V₁ der Gleichspannungsquelle andererseits isc jeweils eine Freilaufdiode__ D5_r D6 geschaltet, die mir ihrer Anode am jeweiligen Spulenanschluß-Verbindungspunkt und mit ihrer Kathode am positiven Anschluß +V., der Gleichspannungsquelle liegt und die somit bezüglich des positiven Potentials der Gleichspannungsquelle in Sperrichtung geschaltet ist. Weiter weist beim Ausführungsbeispiel die verwendete Gleichspannungsquelle oder eine zusätzliche Gleichspannungsquelle einen negativen Anschluß -Vp auf, der mit den ersten Anschlüssen 151, 153, 155, 157 über jeweils eine Diode D7 bis D10 verbunden ist= Dabei liegen die Anoden dieser Dioden D7 bis D10 am negativen Anschluß -ν« und die Kathoden an den ersten Anschlüssen 151, 153, 155, 157, so daß die Dioden D7 bis D10 bezüglich

eines Stromflusses zum negativen Anschluß -V₂ in Sperrrichtung geschaltet sind. Zwischen den negativen Anschluß -V₂ und Masse sind Siebmittel in Gestalt eines Kondensators C11 und eines parallel zu diesem liegenden Widerstands R64 geschaltet.

Zur Erläuterung der Regelungswirkung durch kurzzeitige Unterbrechungen mittels der zweiten Schalter 205, 206 sei angenommen, daß die Leistungstransistoren Q1, Q13 leiten, so daß der Spulenstrom der Phase 0. in Spule wegen der geringen Impedanz zwischen positivem Anschluß +V. und Masse schnell ansteigt (der Widerstandswert des Meßwiderstands R57 ist vernachlässigbar klein). überschreitet der Spulenstrom einen vorgegebenen Schwellenwert, so wird der Leistungstransistor Q13 des zweiten Schalters nichtleitend gemacht, während der Leistungstransistor Q1 des ersten Schalters 201 leitend bleibt. Der Spulenstrom der Phase 0. fließt somit weiterhin durch die Hauptstromstrecke des Leistungstransistors Q1 und die Spule 102 und kann nun über die Freilaufdiode 105 zum positiven Anschluß +V- zurückfließen. Dabei ist der Potentialunterschied zwischen den Anschlüssen 151, 152 fast Null. Der Spulenstrom wird dabei langsam auf Null absinken. Die relativ langsame Verminderung des Spuienstromes ermöglicht eine relativ geringe Frequenz der Unterbrechungen mittels der zweiten Schalter 205, 206 und führt somit zu einer relativ geringen in Wärme umgesetzten Verlustleistung im Leistungstransistor Q13.

Als Beispiel für einen Kornmutierungsvorgang sei angenommen, daß der Spulenstrom der Phase 0₁ in Spule 102

fließt und nun auf die Spule 103 der Phase 0„ umgeschal

tet werden soll. Hierzu wird der Steuerimpuls auf dem Leiter 111 beendet,und die Steuerschaltung 110 erzeugt auf dem Leiter 112 einen Steuerimpuls von L-Pegel. Da der

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Leistungstransistor Q1 des ersten Schalters 201 nichtleitend gemacht wird, kann der Spulenstrom der Phase 0,, in Spule 102 nur noch entgegen der Potentialdifferenz zwischen dem positiven Anschluß +V₁ und dem negativen Anschluß -V- der Gieichspannuncfsquelle über die Freilaufdiode D7 und die Freilaufdiode D5 fließen. Hierdurch nimmt der Spulenstrom der Phase 0. sehr schnell ab, was eine schnelle Kommutierung auf die Phase 0₂ ermöglicht» Die Schutzdiode D2 im ersten Schalter 202* die der Schutzdiode D1 im ersten Schalter 201 entspricht, schützt während des Umschaltvorganges den Leistungstransistor Q2 vor der positiven Spannungsspitze, die an der Spule 102 aufgrund des Strom™ flusses über die Freilaufdiode D7 auftritt. Während des Umschaltvorganges wird die Gleichspannungsquelle durch die Siebmittel und insbesondere den Kondensator C11 geschützt; entsprechende Siebmittel können auch zwischen dem positiven Anschluß +V₁ und Masse vorgesehen sein.

-Bei„der Umschaltung, d.h. beim Nichtleitendmachen des-Leistungstransistors 01 und dem gleichzeitigen Leitendmachen des Leistungstransistors Q2_? wird der zweite Schalter 205 .kurzzeitig geöffnet gehalten, "bis der durch den Leistungstransistor Q1 fließende Strom auf cTuIl abgeklungen Ist ρ indem der Leisfcungsfcransistor Qt3 unabhängig von dem jeweiligen im-Regler 120- ermittelten Regelabweichungssignal.nichtleitend. gehalten wird« Hierdurch werden kurzzeitige Stromspitzen ver·= mieden.," die sonst auftreten-könnten, wenn die Spulen 102_ff 103 gleichseitig Strom führen» Damit werden auch entsprechende Leistungsverlusfce und eine entsprechende Hifcseenfcwicklung in den Leistungstransistoren vermieden»

In Fig_o 3 ist des Regler 120 IFIg₀ Vj näher dargestellt_o Dieser bewirkt sur StrGHkGrtS'cairiiial'curi-g dis Unterbrechungen mittels der zweitaa Schalter 205 _? 2GS in Pig= 2 in. Abhän Stromis-bser-c ηχιά sinsa i;ascliai-ilaar 'vorgegsbeaaa

Der Stromistwert ist an den Meßwiderständen R57 der zweiten Schalter 205, 206 abgenommen und wird in Form einer entsprechenden Spannung über die Leiter 123, 124 zugeführt. Die Leiter 123, 124 sind im Regler an jeweils eine Glättungschaltung 351, 352 angeschlossen, die eingangsseitig ein von einem Widerstand R22 und einem Kondensator C5 gebildetes Filter sowie einen Operationsverstärker 302 umfaßt, an dessen nicht invertierendem Eingang das Filter angeschlossen ist und dessen Ausgang mit seinem invertierenden Eingang über einen Widerstand R23 rückgekoppelt ist, während der invertierende Eingang weiter über einen Widerstand R24 an Masse liegt. Durch die letztgenannten Maßnahmen wird in bekannter Weise ein Schwellenwert eingestellt, oberhalb von dem das Eingangssignal erst wirksam wird, und der Verstärkungsfaktor bestimmt. Durch das Filter wird das über den Leiter 123 übertragene Spannungssignal im Sinne einer Mittelwertbildung geglättet.

Das dem Strommittelwert entsprechende Ausgangssignal der Glättungsschaltung 351 wird einer Regelschaltung 353 zugeführt, das Ausgangssignal der Glättungsschaltung 352 einer gleichartig aufgebauten Regelschaltung 354. Die Regelschaltung 353 weist eingangsseitig eine Vergleichsschaltung auf, die einen Operationsverstärker 304 umfaßt. An dessen nicht invertierenden Eingang ist der Ausgang der Glättungsschaltung über einen Leiter 311 und einen Widerstand R28 angeschlossen, während ein zwischen den Ausgang und den nicht invertierenden Eingang geschalteter Widerstand R28 zur Rückkopplung vorgesehen ist. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 304 ist mit einem dem gewünschten Stromschwellenwert proportionalen Sollwertsignal beaufschlagt, das von einem Sollwertgeber geliefert ist.

Der Sollwertgeber ist zwischen zwei möglichen, unterschiedlichen Stromschwellenwerten entsprechenden Sollwertsignalen umschalt-

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bar ausgebildet und wird hierzu, wie bereits anhand von Fig. 1 erwähnt, über den Leiter 133 entsprechend gesteuert. Dieses Signal ist einem Operationsverstärker 301 zuführbar, der mit Widerständen R7 bis RIO beschaltet ist. Der Ausgang des" Operationsverstärkers 301 isc an einen Abgriff eines von Widerständen R11 bis R13 gebildeten Spannungsteiler angeschlossen. Parallel zu diesem liegt zwischen einer Versorgungsgleichspannung und Masse ein zweiter, von einem Widerstand R14j-einem Potentiometer R15 und einem Widerstand R16 gebildeter Spannungsteiler. Zwischen dem mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 301 verbundenen Abgriff des von den Widerständen R11, RI2, R13 gebildeten Spannungsteilers und dem Abgriff des Potentiometers RI5 einerseits und dem nicht invertierenden Eingang eines Pufferverstärkers 303 andererseits liegen jeweils Widerstände ?.17 bzw." R1&, die eine Summierung der abgegriffenen Spannungen am nicht -invertierenden Eingang des Puf ferverstär^cers 303 bewirken. Letzterer ist mit Widerständen R20, R21 beschältet. Bei G-Pegei des Signals auf dem Leiter 133 wird dem Pufferverstärker 303 lediglich ein Spannungssignal zugeführt, das dem bei Leerlauf des Motors gewünschten Stromschwelianwert entspricKcT Bei L-Pegel des Signals auf dem Laicer 133 erhöht sich die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkera 3C1, und di^ dem Pufferverstärker 303 zugeführte Summensignal entspricht einem höheren,, bei Beschleunigung und Belastung des Motors gewünschten Stromschwellenwert. Das sich entsprechend ändernde Signal am Ausgang 310 des Pufferverstärkers 3G3 wird beiden Regelschaltungen 353, 354 zum Vergleich mit dem Stromistwert zugeführt.

Abweichend von den obigen Ausführungen kann ein niedrigerer Stromschwellenwert von der Führungssignalquelle 130 (Fig. 1) auch beim Stillstand des Motors vorgegeben werden, während der höhere Stromschweilanwart beim Lauf des Motors gilt.

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Diese Lösung ist beispielsweise geeignet, wenn der Motor nicht über eine nachgeschaltete, elektrisch betätigbare Kupplung ein zu verstellendes Werkzeug antreibt, sondern unmittelbar gekuppelt ist und wenn bei einer gewünschten Verstellbewegung der Anlauf möglichst schnell erfolgen soll.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 304 der Vergleichsschaltung liegt über einen Widerstand R30 an einem postiven Potential. Aus dem so am Ausgang des Operationsverstärkers 304 gebildeten Regelabweichungssignal erzeugt die Regelschaltung 353 den zweiten Schalter 205 (Fig. 2) über den Leiter 121 steuernde Impulse mittels eines monostabilen Kippglieds 305. Es kann sich hierbei beispielsweise um eine integrierte Schaltung vom Typ 14538 handein, wie sie unter dieser Bezeichnung von der Firma Motorola, Inc. erhältlich ist. Die Kippdauer des Kippgliedes 305 wird durch die Zeitkonstante einer Verzögerungsschaltung bestiivffivc, die von einem Widerstand R31 und einem Kondensator C7 gebildet ist; deren Verbindungspunkt ist mit dem Eingang T„ des Kippglieds 30 5 verbunden. Der die Ansprechverzögerung bestimmende Eingang 1' ist an Masse gelegt, wodurch das Ansprechen unverzögert dann erfolgt, v/enn das Regelabweicnuiigssignal einen zur Betätigung des Kippglieds 305 ausreichenden Spannungswert überschreitet. Im nicht gekippten Zustand gibt der Ausgang Q des Kippgliedes 305 ein Signal von L-Pegei, im gekippten Zustand ein komplementäres Signal ab.

Wenn der zeitliche Mittelwert des Stromistwerts den jeweiligen Stromschwellenwert überschreitet, nimmt das am Ausgang des Operationsverstärkers 304 gebildete Regelabweichungssignal einen positiven Wert an, wodurch das Kippglied 30 5 gekippt wird. Dessen Ausgang Q nimmt O-Pegei an, und dieses, über ein UND-Glied 306 und einen Verstärkers 307 übertragene Ausgangssignal, das über den Leiter 121 den zweiten Schalter

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(Fig. 2) steuert, bewirkt, daß letzterer geöffnet wird. Die gegenüber der Schließdauer der ersten Schalter 201 bis 204 (Fig. 2) und der entsprechenden Steuerimpulse geringe Kippdauer des Kippgliedes 305 ist gleichwohl lang genug gewählt, um zu erreichen, daß der Stromistwert und damit auch der mit geringer, durch das Filter R22, C5 bewirkter Zeitverzögerung folgende Mittelwert unter den Stromschwellenwert abfallen kann. Beim Zurückkippen des Kippglieds 305 wird dann der zweite Schalter 205 wieder leitend gemacht, und es kann erforderlichenfalls eine erneute Unterbrechung erfolgen.

Wie bereits erwähnt, erfolgt ein öffnen der zweiten Schalter 205, 206 in Abhängigkeit von von der Steuerschaltung 110 erzeugten zusätzlichen Steuerimpulsen auch dann, wenn von einer Phase auf die nächste umgeschaltet wird. Der zusätzliche Steuerimpuls besteht darin, daß der Leiter 115 bzw. der Leiter 116, die im Ruhezustand auf L-Pegel liegen,, kurzzeitig O-Pegei annimmt. Mit diesem Signal wird einerseits der Eingang C_fi des Kippglieds 305 beaufschlagt, wodurch dieses durch das zusätzliche Steuersignal zurücksetzbar ist, und andererseits ist das Signal einem zweiten Eingang des UND-Glieds 306 zugeführt. Damit wird der zugeordnete zweite Schalter 205 mit Sicherheit geöffnet, unabhängig davon, welchen Zustand das Kippglied 305 zuvor hatte und welchen Wert das Regelabweichungssignal hat. Weiter wird damit sichergestellt,daß nach der Öffnung des zweiten Schalters 20 5 aufgrund des zusätzlichen Steuersignals die weiteren kurzzeitigen Unterbrechungen zur Regelung des Spulenstroms in Abhängigkeit von dem Spulenstrom ausschließlich der neu eingeschalteten Spule erfolgt.

In Fig. 4 ist die Steuerschaltung 110 näher dargestellt. Hiermit werden in Abhängigkeit von dem die Drehrichtung bezeichnenden Eingangssignal auf dem Leiter 131 und dem hinsichtlich

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der Taktfrequenz veränderlichen Taktsignal auf dem Leiter 132 auf den Leitern 111 bis 114 zyklisch paarweise ⁱⁿ vorgegebener Reihenfolge Steuerimpulse erzeugt, die die Speisung der Spulen 102 bis 105 bewirken. Zusätzlich werden die die Kippglieder 305 der Regelschaltungen 353, 354 zurücksetzenden zusätzlichen Steuersignale beim übergang von einer Phase zur nächsten auf Leitern 115, 116 abgegeben.

Das binäre Eingangssignal auf dem Leiter 131 ist jeweils einem Eingang eines Inverters 104, eines NAND-Glieds 403 und einen NAND-Glieds 405 zugeführt. Der Ausgang des Inverters 401 ist mit jeweils einem Einnang eines NAND-Glieds 402 und eines NAND-Glieds 404 verbunden. Die Ausgänge der NAND-Glieder 402, 403 sind mit den beiden Eingängen eines NAND-Glieds 406 verbunden, das den Vorbereitungseingang D eines ersten Kippglieds 408 beaufschlagt. Die Ausgänge der NAND-Glieder 404, 405 sind mit den Eingängen eines NAND-Glieds 407 verbunden, das den Vorbereitungseingang D eines zweiten Kippglieds 409 beaufschlagt. Die Takteingänge C beider Kippglieder 408, 409 sind mit den über den Leiter 132 zugeführten Taktsignalimpulsen beaufschlagbar. Im nicht gekippten Zustand geben die Kippglieder 408, 409 an ihren Ausgängen Q ein Signal von 0-Pegel, an ihrem komplementären Ausgang Q ein Signal von L-Pegel ab, während sich im gekippten Zustand die Signalzustände umkehren. Der Ausgang Q des ersten Kippglieds 408 ist mit einem zweiten Eingang des NAND-Glieds 404, der Ausgang Q des ersten Kippglieds 408 mit einem zweiten Eingang des NAND-Glieds 405 verbunden.In entsprechender Weise ist der Ausgang Q des zweiten Kippgliedes 409 mit dem NAND-Glied 403 und der Ausgang Q des zweiten Kippgliedes 409 mit dem zeiten Eingang des NAND-Glieds 402 verbunden. Damit werden an den Ausgängen der Kippglieder 408, 409 zyklisch wechselnde

Ausgangssignale erhalten. Diese werden vor ihrer Abgabe über die Leiter 111 bis 114 noch verzögert, während

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vor Beginn der Abgabe bein Übergang von einer Phase zur nächsten unverzögert ein zusätzliches Steuersignal erzeugt wird.

Zur Verzögerung des am Ausgang Q des ersten Kippglieds 408 erscheinenden Impulses wird dieser in der Schaltung 451 über ein von einem Widerstand R1 und einem Kondensator C1 gebildetes Verzögerungsglied sowie einen Pufferverstärker 410 geleitet, dessen Ausgang zur Abgabe des Steuersimpulses an den Leiter 111 angeschlossen ist. In entsprechender Weise liegt zwischen dem Ausgang Q des ersten Kippglieds 408 und dem Leiter 112 ein von einem Widerstand R2 und einem Kondensator C2 sowie einem Pufferverstärker 411 gebildetes Verzögerungsglied. Weiter ist die Schaltung 452 in gleicher Weise wie die Schaltung 451 ausgebildet und bewirkt eine Verzögerung der an den Ausgängen Q und Q des zweiten Kippglieds 409 erzeugten Impulse, vor ihrer Abgabe als Steuerimpulse auf den Leitern 113, 114.

Der Q-Ausgang des ersten Kippglieds 408 ist nit einem Eingang eines ODER-Gliedes 413 verbunden, dessen anderer Eingang am Ausgang des Pufferverstärkers 411 liegt. -Der Ausgang Q des ersten Kippglieds 408 ist mit einem Einqancj eines ODER-Glieds 412 verbunden/ dessen anderer Eingang am Ausgang des Pufferverstärkers 410 liegt. Die Ausgänge beider ODER-Glieder 412, 413 sind auf die Eingänge eines UND-Glieds 414 geführt, das mit seinem Ausgangssignal ein Kippglied 415 beaufschlage. Letzceres wird gekippt, wenn das Ausgangssignal des U:\fD-Glieds 114 0-?egel annimmt, da der Eingang des Kippgiieds 415 invertierend wirkt. Die Kippdauer ist durch "die Bemessung eines Widerstands R5 und eines Kondensators C9 festgelegt. Während der Kippdauer gibt der sonst auf L-Pegel liegende Ausgang Q des Kippglieds 415 auf dem Leiter 115 den zusätzlichen Steuerimpuls

von O-Pegel ab. Das zusätzliche Steuersignal auf dem Leiter 116 wird in entsprechender Weise erzeugt. Das Kippglied 415 kann von gleicher Bauart wie das Kippglied 305 in Fig. 3 sein.

Wird der Leiter 131 von der Führungssignalquelle 130 (Fig. 1) mit einem eine vorgegebene Drehrichtung bezeichnenden Signal von L-Pegel beaufschlagt, so werden aufgrund der logischen Struktur der Steuerschaltung gemäß Fig. 4 die Phasen 0₁ bis 0₄ des Motors paarweise eingeschaltet, und zwar in folgender Reihenfolge:

0_Ί0₃ - 0^₄ - 0₂0₄ - 0₂0₃ - 0,0₃ ...

Hat das Signal auf dem Leiter 131 dagegen O-Pegel, so ergibt sich eine umgekehrte Drehrichtung des Motors dadurch, daß die Phasen 0₁ bis 0₄ in folgender Reihenfolge paarweise eingeschaltet werden:

Der Ausdruck 0 0 bedeutet dabei jeweils das Fließen eines Spulenstroms in den Spulen der Phasen 0 und 0 .

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Claims

Patentansprüche

* Einrichtung zur Speisung der Antriebsspulen eines mehrphasigen Synchronmotors, insbesondere eines Schrittschaltmotors, mit einer Kommutatorschaltung, die eine der Ansah! der Spulen gleiche Anzahl von jeweils mit einer Spule in Reihe geschalteten,- zur Speisung der Spulen zyklisch einschaltbaren, elektronischen ersten Schaltern aufweist,, mit einem Regler, der in Abhängigkeit vom Stromistwert in der jeweils gespeisten Spule und von einem vorgegebenen Stromschwellenwert Unterbrechungen des Stromes in der mit dem eingeschaltetenen ersten Schalter in Reihe liegenden Spule mittels der Kommutatorschaltung bewirkt, wobei die Dauer jeder Unterbrechung gering ist gegenüber der Einschaltdauer eines ersten Schalters, und mit einer Steuerschaltung, die vorzugsweise auf parallelen Ausgängen die ersten Schalter zyklisch einschaltende Steuerimpulse erzeugt _Q dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spulen (102, 103,°

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104, 105) parallel zueinander und gemeinsam in Reihe mit einem zweiten Schalter (205, 206) geschaltet sind, der zur Unterbrechung des Stromes von dem Regler (120) gesteuert ist, und daß die Steuerschaltung (110) zur Abgabe zusätzlicher Steuerimpulse(auf Leitern '115, 116) ausgebildet ist, die die öffnung des zweiten Schalters (205, 206) unabhängig vom Vergleichsergebnis von Stromistwert und Stromschwellenwert bewirken.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadruch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (110) zur Erzielung entgegengesetzter Drehrichtungen des Motors vorzugsweise in Abhängigkeit von einem binären Eingangssignal (auf Leiter 131) hinsichtlich der Reihenfolge der von ihr abgegebenen Steuerimpulse (auf Leitern 111 bis 114) umschaltbar ausgebildet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung {110) zur Erzielung unterschiedlicher Fortschaltfrequenzen mit einem Taktsignal (auf Leiter 132) veränderbarer Frequenz beaufschlagbar ist, wobei vorzugsweise das Taktsignal, ein den Stromschwellenwert bestimmendes Führungssignal sowie gegebenenfalls das die Drehrichtung bestimmende Eingangssignal der Steuerschaltung (110) mitteis einer Führungssignalquelle (130) erzeugbar sind.
4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der zweiten Schalter (205, 206) gleich der halben Anzahl von Spulen (102, bis 105) ist und daß jeweils zwei mit

ersten Schaltern (201, 202; 203, 204) in Reihe geschaltete Spulen (102, 103; 104, 105) gemeinsam mit einem zweiten Schalter (205, 206) in Reihe geschaltet sind.

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5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schalter (201 bis 205) jeweils als Stellglied einen Transistor (Q1, Q2, ...) aufweisen.
6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Schalter (205, 206) jeweils als Stellglied einen Transistor (QI3) aufweisen.
7. Einrichtung nach einem der.vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel (D5, D6) zur Erzielung eines Potentialunterschieds, der zumindest annähernd Null ist, zwischen den Anschlüssen (15Ί, 152; 153, 154; 155, 156; 157, 158) einer Spule (102 bis 105), wenn der mit ihr in Reihe geschaltete erste Schalter (201 bis 204) geschlossen und der mit ihr in Reihe geschaltete zweite Schalter (205, 206) geöffnet ist.
S." Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder erste Schalter (201 - bis 204) zwischen den ersten Anschluß (-J-V₁) einer Gleichspannungsquelle, der. auf'_einem ersten Potential einer ersten vorgegebenen Polarität liegt, und einem ersten - Anschluß (151, 153, 135, 157) der in Reihe mit ihm geschalteten Spule (102 bis 105) geschaltet ist und daß jeder zweite Schalter (205, 206) an miteinander verbundene zweite Anschlüsse O52, 154; 156, 158) der in Reihe mit ihm geschaltete Spulen (102, 103; 104, 105) angeschlossen ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die miteinander verbundenen zweiten Anschlüsse (152, 154; 156, 158) der Spulen (102, 103; 104, 105) und

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den ersten Anschluß (+V₁) der Gleichspannungsquelle eine bezüglich der ersten Polarität in Sperrichtung geschaltete Freilaufdiode (D5; D6) geschaltet ist.
10. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel (~V„, D7 bis D10) zur Spannungsumkehr an jeder Spule (102 bis 105) beim öffnen des in Reihe mit ihr geschalteten ersten Schalters (102 bis 104).
11. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9 und nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den mit einem ersten Schalter (201 bis 204) verbundenen ersten Anschluß (151, 153, 155, 157) jeder Spule (102 bis 105) und einen zweiten Anschluß (+V₂) der Gleichspannungsquelle, der ein zweites Potential von einer gegenüber der ersten Polarität ungleichnamigen zweiten Polarität aufweist, eine gegenüber der zweiten Polarität in Sperrichtung geschaltete Freilaufdiode (D7 bis DlO) geschaltet ist und daß die zweiten Schalter (205, 206) mit ihren den zweiten Anschlüssen (152, 154, 156, 158) der Spulen (102 bis 105)abgewandten Anschlüssen an einem dritten Anschluß der Gleichspannungsquelle liegen, dessen Potential zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential liegt und vorzugsweise Masse ist.
12. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (102) zur Erzeugung eines dem Stromschwellenwert proportionalen Sollwertsignals einen auf unterschiedliche Stromschwellenwerte umschaltbaren Sollwertgeber (R7 bis R18, 301, 303, R20, R21) umfaßt, dessen Umschaltung vorzugsweise in Abhängigkeit vom Mittelwert des jeweiligen Stromistwerts erfolgt.

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13. Einrichtung nach Anspruch 12,' dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber aus einer ersten, gesteuert einschaltbaren Signalquelle (R7 bis R13, 301) aus einer zweiten, ständig eingeschalteten Signalqueile- (R14 bis R 16) und aus Mitteln (R17, R18, 303, R20, R21) besteht, _ die die AusgangssignaIe dieser Signalquellen zur Bildung des Sollwertsignals summieren=
1.4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche _t dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Stromistwerts den zv/eiten Schaltern (205, 206) jeweils ein Strommeßglied zugeordnet ist, vorzugsweise ein mit der Schalt- strecke (Q13) des zweiten Schalters (205, 206) in Reihe geschalteter Meßwiderstand (R57),daß der Regler (120) eine der Anzahl der Strommeßglieder (R57) gleiche Anzahl von Vergleichsschaltungen (304,. ~R28 bis R30) zum Vergleich des Stromistv-jerts mit dem Stroraschwellenwert und zur Er- " zeugung eines Regelabweichungssignals sowie"eine gleiche Anzahl -von in Abhängigkeit: vora Regeiabweichungssignal gesteuerten monostabilen Kippgliedern (305)aufweist, die beim überschreiten des Stromschwellenwertes-gekippet X'jerden und die im gekippten Zustand ein Ausgangssignal für eine Stromünterbrechung erzeugen„ _
15o Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippglieder (305) durch die von_der Steuerschaltung (1-10) erzeugbaren zusätzlichen Steuerimpulse (auf Leitern 115, 115) zurücksetzbar sind=
16. Einrichtung nach Anspruch 14 oder 15,-dadurch gekennzeich-."-'" net,-_äaß den Kippgliederii .(305) ein Tor (UND-Glied 306) --. nachgeschaltet ist,- das von den. von der Steuerschaltung/ (110) erzsugbaren zusätzlichen Steuerimpulsen (auf Leistern 115, 116). betätigbar ist. -. .
17. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (110) einen zusätzlichen Steuerimpuls jeweils beim Übergang von einem einen ersten Schalter (z.B. 201) einschaltenden Steuerimpuls (auf Leiter 111) zu dem den nächstfolgenden ersten Schalter (202) einschaltenden Steuerimpuls (auf Leiter 112) erzeugt.
18. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (110) ausgangsseitig Verzögerungsschaltungen (R-, C-; R-' ^c?) zur verzögerten Abgabe der zyklischen Steuerimpulse (auf Leitern 111 bis 114) und eine der Anzahl zweiter Schalter (205, 206) gleiche Anzahl von Impulsgebern, vorzugsweise monostabilen Kippgliedern (415), aufweist, die vor dem Beginn der Abgabe des Steuerimpulses beginnend bis nach Ende von dessen Abgabe während einer vorgegebenen, gegenüber der Steuerimpulsdauer geringen Impulsdauer einen zusätzlichen Steuerimpuls (auf Leitern 115, 116) erzeugen.

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