DE4434577A1 - Sensor-Schrittmotor - Google Patents
Sensor-SchrittmotorInfo
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K37/00—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
-
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- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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-
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- H02K37/12—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets
- H02K37/14—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
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- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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Description
Bei einem Schrittmotor (Stepper) muß das mechanische System
recht genau sein, damit die Schrittwinkelgenauigkeit gut
ist, das heißt, insbesondere die Zähne der Statorbleche
und die Zähne des Rotors müssen mechanisch genau sein.
Um die Schrittwinkelgenauigkeit bzw. den Ausfall einzelner
Schritte zu überprüfen und gegebenenfalls nachzuregeln,
werden z. B. optische Sensorsysteme verwendet, die die
Einhaltung des Schrittwinkels überprüfen. Diese Sensoren
verursachen einen erheblichen Aufwand, da die Systeme
mindestens die gleichen Genauigkeit aufweisen müssen, wie
das mechanische System, um Abweichungen des Schrittwinkels
zu erkennen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schritt
motor mit einem Sensorsystem vorzuschlagen, welches unter
Ausnutzung der ohnehin schon vorhandenen mechanischen
Genauigkeit des Schrittmotors eine Überwachung der Schritt
winkelgenauigkeit bzw. des Ausfalls einzelner Schritte
ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnen
den Teil des Patentanspruches 1 genannten Merkmal gelöst.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, daß nun im
Motor selbst ein Sensorsystem in Form einer ringförmigen
Wicklung vorgesehen ist. Dieses Wicklung kann an unter
schiedlichen Stellen des Steppers, z. B. im Rotor oder
Stator angeordnet sein. Vorzugsweise verläuft diese Wick
lung orthogonal zu den Phasenwicklungen, da sich dadurch
die beste Genauigkeit und der stärkste Signalpegel er
gibt. Natürlich kann die Wicklung, falls notwendig, auch
in einem gewissem Grad von der rechtwinkligen Anordnung
gegenüber den Phasenwicklungen abweichen.
Erfindungsgemäß ist die Sensorwicklung in einem gewöhn
lichen Stepper zusätzlich in den Rotor zwischen den beiden
Stackhälften eingebaut. Die Wicklung ist fest mit der
Innenseite des Stators verbunden und ragt in einen Spalt
des Rotors, das heißt sie rotiert nicht mit.
Dabei gibt es einmal die Möglichkeit, diese Wicklung di
rekt als Sensorwicklung zu benutzen. Ein Teil des Stator
magnetfeldes durchdringt über den Luftspalt und durch
den Rotor diese Sensorwicklung. Die einzelnen Schritte
des Steppers induzieren in der Sensorwicklung eine Span
nung, die ein Abbild der einzelnen Schritte des Steppers
darstellt. Die in der Sensorwicklung induzierte Span
nung kann im einfachsten Fall über einen einfachen Filter
und einen nachgeschalteten Komparator ausgewertet werden.
Auf diese Weise kann man z. B. nur Erkennen, daß der Stepper
"außer Tritt gefallen" ist. Es wäre auch denkbar, den Ausfall
eines einzelnen Schrittes zu erkennen, jedoch wird hier
der Filteraufwand für das Sensorsignal aufwendiger.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin die Sensorwicklung
ähnlich einem Resolver als Erregerwicklung zu nutzen,
das heißt man koppelt über diese Wicklung eine Wechsel
spannung (z. B. 10-15 Kiloherz) in den Rotor und über
den Luftspalt in die Statorwicklungen ein. Dieses "höher
frequente Signal" kann jetzt in den Statorwicklungen aus
gewertet werden, um die Lage des Steppers zu erkennen.
Diese Methode erfordert aber gegenüber der oben beschrie
benen Methode einen relativ großen, elektronischen Auf
wand, ähnlich einer Resolverauswerteschaltung.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, die ringförmige
Sensorwicklung nicht in den Rotor hineinragen zu lassen,
sondern im Bereich des Stators anzuordnen. Hierbei kann
die Sensorwicklung z. B. außen, in der Mitte oder nahe
des Rotors im Stator angeordnet sein. Auch hier wird bei
Schrittbetrieb eine Spannung in der Sensorwicklung indu
ziert, jedoch ist die Signalhöhe geringer, als bei Anord
nung der Wicklung im Rotorspalt, und das Signal insgesamt
dadurch "verrauschter". Da der Signalverlauf derselbe ist,
wie bei der Rotoranordnung, können die Signal auch in
gleicher Weise ausgewertet werden.
Es ist also möglich, diese Sensorwicklung prinzipiell
also innerhalb des Rotors oder des Stators anzuordnen,
jedoch muß diese Wicklung rechtwinklig (zumindest in einem
gewissen Grade) zu den Phasenwicklungen angeordnet sein.
Im folgenden wird die Erfindung anhand zwei Ausführungsbeis
piele darstelle Zeichnungen erläutert.
Dabei zeigen
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Sensorwicklung,
angeordnet im Rotor des Steppers,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der Sensorwicklung,
angeordnet im Stator des Steppers,
Fig. 3 Darstellung des Sensorsignals bei kleiner Last des
Motors,
Fig. 4 Darstellung des Sensorsignals bei großer Last des
Motors,
Fig. 5 Darstellung des Sensorsignals bei zu großer Last
des Motors,
Fig. 6 Darstellung des Sensorsignals bei Betriebsgrenz
frequenz des Motors.
Fig. 7 Meßdiagramm des Motors bei Betriebsgrenzfrequenz.
Die Fig. 1 und 2 zeigen die Anordnung der Sensorwicklung
innerhalb des Schrittmotors. Man erkennt den Stator 2,
in welchem sich die Achse 3 mit Rotor 1 dreht. Weiterhin
erkennt man die Statorwicklungen 4. In einer ersten Ausfüh
rungsform befindet sich nun die Sensorwicklung 5 innerhalb
der beiden Hälften des Rotors 1, ragt also in den Spalt des
Rotors hinein. Der Sensor 5 ist aber am Stator 2 befestigt,
dreht sich also nicht mit. Gemäß Fig. 2 ist die Sensorwick
lung 5 nur im Bereich des Stators 2 angeordnet, in diesem
Beispiel am äußeren Umfange des Stators 2. Es ist natürlich
jede beliebige Position der Sensorwicklung, insbesondere
auch am Innenumfang des Stators 2, denkbar.
Wichtig bei beiden Ausführungsformen ist, daß die Sensor
wicklung 5 etwa rechtwinklig zu den Phasenwicklungen des
Motors angeordnet ist und gut vom Magnetfeld durchdrungen
wird.
Die Fig. 3 bis 7 zeigen verschiedene Meßdiagramme des
Motors unter verschiedenen Belastungen und unterschied
lichen Betriebsfrequenzen. Dabei erkennt man im unteren
Teil der Diagramme die Erregerspannung 7, das heißt die
am Schrittmotortestgerät angelegte Schrittfolge-Frequenz.
Im oberen Bereich der Diagramme erkennt man die Sensoraus
gangsspannung 8.
Fig. 3 zeigt den Betrieb des Steppers bei kleiner Last
und kleiner Schrittfrequenz, etwa 100 Hertz. Dabei er
kennt man, daß das Sensorsignal 8 dem Erregersignal 7
folgt, das heißt der Motor ist in Tritt. Wird die Last
vergrößert, wie in Fig. 4 zu erkennen ist, kann man
dem Sensorsignal 8 entnehmen, daß der Motor nach wie vor in
Tritt ist.
Wird die Last noch mehr vergrößert, wie im Diagramm nach
Fig. 5 dargestellt ist, so ist es dem Motor nicht mehr
möglich, der angelegten Erregerfrequenz 7 zu folgen und
der Motor gerät außer Tritt. Dies erkennt man nun deutlich
am Verlauf des Sensorsignales 8, welches keine regelmäßige
Ausgangsspannung mehr liefert. Dieses unregelmäßige Sensor
signal ist mit geringem Aufwand relativ leicht auszuwerten,
so daß entsprechende Maßnahmen gegen das "außer Tritt
sein" des Motor ergriffen werden können.
Die Fig. 6 und 7 zeigen Meßdiagramme, welche das Verhalten
des Motors bei Betriebsgrenzfrequenz zeigen. Die Betriebs
grenzfrequenz ist diejenige Schrittfrequenz, die dem Motor
noch maximal zugemutet werden kann, ohne daß dieser außer
Tritt gerät. Im Beispiel nach Fig. 6 ist die Betriebsgrenz
frequenz bei ca. 500 Hertz erreicht. Im unteren Teil des
Diagrammes erkennt man wieder die Erregerfrequenz 7. Be
trachtet man nun das Sensorausgangssignal 8, so wird deutlich,
daß der Motor bei dieser Frequenz außer Tritt gerät. Bei
geringer Belastung, wie bei der Messung nach Fig. 7,
verarbeitet der Motor wesentlich höhere Schrittfrequenzen,
so daß er, nach Fig. 7, erst bei ca. 5 Kilohertz außer
Tritt gerät, wie das Sensorsignal 8 von Fig. 7 zeigt.
Durch die erfindungsgemäße Sensorwicklung ist es mit ein
fachen Mitteln möglich, das einwandfreie Arbeiten eines
Steppers zu überprüfen.
Bezugszeichenliste
1 Rotor
2 Stator
3 Achse
4 Statorwicklung
5 Sensorwicklung
6 Magnet
7 Erregerspannung
8 Sensorsignal
2 Stator
3 Achse
4 Statorwicklung
5 Sensorwicklung
6 Magnet
7 Erregerspannung
8 Sensorsignal
Claims (5)
1. Schrittmotor mit einem Rotor (1) und einem Stator (2)
mit Statorwicklungen (4), dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schrittmotor eine Sensorwick
lung (5) aufweist, die fest mit dem Stator (2) verbunden
ist.
2. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Sensorwicklung (5)
etwa ringförmig ausgebildet ist.
3. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß die Sensor
wicklung (5) etwa orthogonal zu den Statorwicklungen (4)
angeordnet ist.
4. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß die Sen
sorwicklung (5) innerhalb des Rotors (1) angeordnet ist.
5. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß die Sen
sorwicklung (5) innerhalb des Stators (2) angeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4434577A DE4434577A1 (de) | 1994-09-28 | 1994-09-28 | Sensor-Schrittmotor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4434577A DE4434577A1 (de) | 1994-09-28 | 1994-09-28 | Sensor-Schrittmotor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4434577A1 true DE4434577A1 (de) | 1996-04-04 |
Family
ID=6529355
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4434577A Withdrawn DE4434577A1 (de) | 1994-09-28 | 1994-09-28 | Sensor-Schrittmotor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4434577A1 (de) |
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