DE2837187C2 - - Google Patents
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- DE2837187C2 DE2837187C2 DE2837187A DE2837187A DE2837187C2 DE 2837187 C2 DE2837187 C2 DE 2837187C2 DE 2837187 A DE2837187 A DE 2837187A DE 2837187 A DE2837187 A DE 2837187A DE 2837187 C2 DE2837187 C2 DE 2837187C2
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P8/00—Arrangements for controlling dynamo-electric motors rotating step by step
- H02P8/14—Arrangements for controlling speed or speed and torque
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- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Control Of Stepping Motors (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Ansteuerschaltung der
in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2 genannten
Art.
Es ist bekannt, daß Gleichstrommotoren, die zum Betrieb
eine Kommutierung benötigen, gegenüber Wechselstrom- oder
Synchron-Motoren Vorteile hinsichtlich des Drehmomentverlaufs,
der Größe, des Gewichts und der Ansprechempfindlichkeit
aufweisen. Jedoch haben die bei Gleichstrommotoren
verwendeten Kommutatoren und Bürsten den Nachteil,
daß sich die Bürsten abnutzen, hochfrequentes Rauschen
erzeugen und einen wesentlichen Teil der Herstellungskosten
des Motors ausmachen. Es wurden verschiedene Schaltungen
entwickelt, um einen Permanentmagnetmotor als bürstenlosen
Gleichstrommotor zu betreiben, indem ein externer
Sensor verwendet wurde, um die Stellung des Rotors
abzufühlen. Der Sensor wird als Kommutator verwendet, um
die Statorwicklungen sequentiell zu erregen. So wurden
beispielsweise für die Kommutierung auf dem Halleffekt
beruhende Geräte sowie optische Codierer verwendet. Es
wurde weiterhin herausgefunden, daß die Wellenform der
induzierten oder Gegen-EMK, die durch die Drehung des
Permanentmagnetfeldes bezüglich der Statorwicklungen erzeugt
wird, dazu verwendet werden kann, die Stellung des
Rotors anzuzeigen. Die Verwendung der Gegen-EMK hat den
Vorteil, daß keine zusätzlichen Bauelemente oder Sensoren
benötigt werden. Es gibt keine Probleme hinsichtlich der
Ausrichtung, die zum Erhalten eines maximalen Drehmoments
und Wirkungsgrades kritisch sein kann, wenn eine große
Anzahl von Kommutierungssegmenten vorhanden sind.
Der Nachteil derartiger Systeme besteht jedoch darin, daß
der Motor gedreht werden muß, bevor irgendein
Gegen-EMK-Signal erzeugt werden kann. Diese Systeme erfordern
daher einen Startmechanismus.
Bekannte Systeme, die die Gegen-EMK ausnutzen, wiesen
eine geringe Ansprechempfindlichkeit auf und sind im Vergleich
zu Systemen mit externen Sensoren weniger zuverlässig.
Beispiele bekannter Systeme dieser Art finden
sich in der US-PS 33 04 481, aus der eine Schaltungsanordnung
für einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem
Permanentmagnetrotor und vier über jeweils eine Schaltanordnung
oder durch eine Gleichspannungsquelle erregbare Statorwicklungen
bekannt ist. Die Schaltanordnungen werden
über Treiber von bistabilen Kippstufen gesteuert. Eine
Anordnung vergleicht die in zwei Statorwicklungen induzierten
Spannungen und erzeugt bei Gleichheit der Spannungen
ein Ausgangssignal, wobei in Abhängigkeit des Ausgangssignals
die bistabilen Kippstufen gesetzt werden und
die Statorwicklungen aufeinanderfolgend erregt werden.
Die Anordnung vergleicht dabei die jeweils in zwei nicht
erregten Statorwicklungen induzierten Spannungen.
Eine Anordnung, bei der zu den Statorwicklungen in Serie
liegende Widerstände verwendet werden, um eine Spannung
abhängig von der Gegen-EMK zu erzeugen, ist veröffentlicht
in "Waveform Sensing Closes the Loop in Step Motor
Control" von J. R. Frus und B. C. Kuo, Production Engineering,
Februar 1977, Seiten 47-49. Diese Schaltungen haben
sich jedoch nicht zur vollen Zufriedenheit bewährt, entweder
weil sie irgendwelche Einstellvorgänge der Schaltung
basierend auf der Geschwindigkeit erforderlich
machten, um ein maximales Drehmoment zu erzielen, oder
weil sie darauf beschränkt waren, daß zu einem gegebenen
Zeitpunkt in dem Stator nur eine einzige Wicklung erregt
wurde.
Aus der DE-OS 27 47 673 ist eine Ansteuerschaltung für
einen Schrittmotor bekannt, bei der auch die Rotationsspannung
bei erregter Statorwicklung ermittelbar ist, um
die Geschwindigkeit und die Drehstellungen des Rotors zu
ermitteln.
Aus der DE-OS 25 29 524 ist eine Ansteuerschaltung für
einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit Permanentmagnetrotor
bekannt, bei der in den Statorwicklungen induzierte
Spannungen mit Hilfe von Null-Durchgangsdetektoren erfaßt
werden, um die den Statorwicklungen zugeführten Speisespannungen
hinsichtlich Amplitude, zeitlicher Länge und
zeitlicher Lage zu steuern.
Aus der DE-OS 21 56 389 ist eine Steuereinrichtung für
einen Gleichstromsynchron-Motor bekannt, die einen Referenzoszillator
zur Erzeugung des den Motor synchron antreibenden
Signals und einen Frequenzgenerator aufweist,
der eine in Abhängigkeit der Drehzahl des Motors vorbestimmte
Frequenz abgibt. Dabei wird die jeweilige Drehstellung
der Rotors mit Hilfe von Detektorelementen erfaßt,
die Hall-Generatoren, Spulen oder optische Aufnehmer
sein können. Die von den Detektorelementen abgegebenen
Signale werden zur Steuerung der den Statorwicklungen
zugeführten Erregerströme benutzt. Diese werden dabei so
gesteuert, daß der Motor bis zum Erreichen einer vorbestimmten
Drehzahl als ein das Anlaufdrehmoment aufbringender
Gleichstrommotor wirkt, wonach er dann synchron
mit den Signalen des Referenzoszillators läuft.
Aus der DE-OS 20 63 274 ist eine Schaltungsanordnung zum
Steuern eines Schrittmotors bekannt, mit der der Rotor
durch Aufbringen eine negativen Drehmomentes zu bremsen
ist, um ihn jeweils genau in eine gewünschte Drehstellung
zu bringen. Zu diesem Zweck werden die den Statorwicklungen
zugeführten Erregerströme so gesteuert, daß sich das
Erregerfeld des Stators schneller bewegt als der Rotor,
wodurch es sich dann in einer den Rotor verzögernden
Stellung befindet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ansteuerschaltung der
im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2 genannten Art
so weiterzubilden, daß die jeweilige Drehstellung des
Rotors ohne zusätzliche Detektorelemente noch genauer zu
erfassen ist.
Bei einer Ansteuerschaltung der genannten Art ist diese
Aufgabe durch die in den kennzeichnenden Teilen der
Patentansprüche 1 bzw. 2 angegebenen Merkmale gelöst.
Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung zeichnet sich dadurch
aus, daß durch die mit den zwei Paaren der vier
Statorwicklungen jeweils in Reihe geschalteten ersten und
zweiten Wicklungen des Transformators exakt die Zeitpunkte
feststellbar sind, zu denen der die Wicklungen des
Transformators verbindende Gesamtfluß jeweils einen
Null-Durchgangspunkt hat. Dieses kann dabei mit Hilfe des
an den Verbindungspunkten zwischen den ersten und zweiten
Wicklungen um den mit ihnen jeweils verbundenen Statorwicklungspaaren
angeschlossenen Vergleichers oder aber
mit Hilfe der dritten Wicklung des Transformators erfolgen.
Im Gegensatz zu mit den Statorwicklungen jeweils in
Reihe geschalteten Widerständen, mit denen an den Statorwicklungen
auftretende Spannungen und durch diese
fließende Ströme zu erfassen sind, kann mit Hilfe des
Transformators exakt die jeweilige Phase der Gegen-EMK,
die in den Statorwicklungen des Schrittmotors erzeugt
wird, bestimmt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung wurde nachgewiesen,
daß mit ihr Schrittmotoren von 0,9° pro Schritt
bis 90° pro Schritt gesteuert werden können, die einen
unipolaren oder bipolaren Aufbau haben können und sowohl
als Rotations- wie auch Linearmotoren ausgebildet sein
können.
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm der bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine alternative Anordnung zum Erzeugen des
Kommutationssignals, und
Fig. 3 bis 8 jeweils verschiedene Wellenformen zum Veranschaulichen
der Betriebsweise der in Fig. 1
dargestellten Schaltungsanordnung.
Der in Fig. 1 dargestellte Schrittmotor 10 besitzt einen
Permanentrotor 12 und einen mehrphasigen Stator mit vorzugsweise
vier Phasenwicklungen 14, 16, 18 und 20. Obwohl
ein Permanentmagnetrotor bevorzugt wird, kann ebenso ein
Rotor mit veränderbarer Reluktanz verwendet werden. Obwohl
die Ansteuerschaltung bei synchronen oder großen
Schrittmotoren anwendbar ist, ist sie besonders gut geeignet
für den Betrieb kleiner Schrittmotoren, z. B. mit
einer Schrittweite von 1,8 Grad, die das Äquivalent von
200 Kommutierungen pro Umdrehung benötigt.
Der Motor 10 wird angetrieben durch eine Gleichspannungsquelle
(nicht gezeigt), die an einer positiven Eingangsklemme
22 und einer Masseklemme 24 anliegt. Jeder der Statorwicklungen
liegt parallel zu der Versorgungsquelle über eine Reihe von
Transistorschaltern 26, 28, 30 und 32. Diese Schalter werden
paarweise über Treiber 34 durch ein Paar Flip-Flops 36 und
38 getrieben. Die Schalter 26 und 28 werden somit durch das
Flip-Flop 38 derart gesteuert, daß sie alternierend für im
wesentlichen gleiche Zeitperioden unter konstanter Betriebsgeschwindigkeit
geschaltet werden. In ähnlicher Weise werden
die Schalter 30 und 32 alternierend geschaltet, jedoch um
90° phasenversetzt in Bezug auf die Schalter 26 und 28. Die
Schaltwellenformen der vier Statorwicklungen sind in den
Fig. 3A bis 3B dargestellt.
Während bei herkömmlichen Treiberschaltungen die Statorwicklungen
an die gemeinsame Klemme der Spannungsversorgung geschaltet
würden, ist erfindungsgemäß eine Abfühlschaltung 40
für die Stellung des Rotors vorgesehen. Diese Schaltung 40
enthält einen Transformator mit einer ersten Wicklung 42, die
in Serie zwischen den Statorwicklungen 14 und 16 und einer
Klemme der Spannungsquelle liegt, sowie einer zweiten Wicklung
44, die in Serie zwischen der Spannungsquelle und den Statorwicklungen
18 und 20 liegt. Von dem Abfühltransformator wird
ein Ausgangssignal entweder durch eine dritte Wicklung 46
abgeleitet oder das Ausgangssignal wird parallel an den gemeinsamen
Verbindungspunkten zwischen den entsprechenden
Wicklungen 42 und 44 und den zugehörigen Statorwicklungen abgegriffen,
wie bei E und F angedeutet ist.
Nimmt man an, daß momentan die Flip-Flops 36 und 38 von einer
externen Taktquelle durch Setzen eines Schalters 47 getriggert
werden, und nimmt man weiterhin an, daß zwischen den
Wicklungen 42 und 44 des Transformators 40 keine gegenseitige
Kopplung vorliegt, so ergeben sich resultierende Wellenformen
an den gemeinsamen Verbindungspunkten, wie sie in den Fig. 3E′
und 3F′ gezeigt sind. Somit sind die Spannungen an den
Punkten E und F 90° phasenverschoben und sie stellen das
erfaßte Gegen-EMK dar. Bei gegenseitiger Kopplung zwischen
den Wicklungen des Transformators 40 ergeben sich an den
Punkten E und F aus den Spannungen E′ und F′ resultierende
Spannungen, die im wesentlichen die Wellenform haben, wie
sie in den Fig. 3E und 3F angedeutet ist. Die Amplituden
und Frequenz dieser Wellenformen, die 180° gegeneinander
phasenverschoben sind, sind repräsentativ für die Winkelgeschwindigkeit
des Rotors. Die Phasen dieser Signale in
bezug auf die Stator-Treibersignale stellen die Winkelstellung
des Rotors bezüglich des Stators dar. Wird die Last des Motors
beispielsweise verändert, verschiebt sich die Phase der
Spannungen bei E und F in bezug auf die Stator-Treibersignale.
Es wurde bestimmt, daß maximales Drehmoment erreicht wird, wenn
die Kommutierung zu dem Zeitpunkt erfolgt, wenn die Spannungen
bei E und F gleiche Amplitude haben. Somit wird ein Kommutierungssignal
hergeleitet, indem die Punkte E und F an eine
Vergleicherschaltung 50 geschaltet werden; der Vergleicher 50
ist beispielsweise als Operationsverstärker mit hoher Verstärkung
ausgebildet. Alternativ kann die dritte Wicklung 46
als Signalquelle für den Operationsverstärker 50 verwendet
werden. Auf jeden Fall ist die Ausgangswellenform des Komparators
50 eine Rechteckwelle, deren Übergangspunkte im wesentlichen
dann auftreten, wenn die Amplituden der Wellenformen
gemäß den Fig. 3E und 3F gleich sind, d. h. wenn der Gesamtfluß
in dem Transformator einen Nulldurchgang hat. Die Phase
der rechteckförmigen Ausgangsspannung des Komparators, die
in Fig. 3G gezeigt ist, verschiebt sich, wenn die Winkelstellung
des Rotors sich in bezug auf die Rotor-Treibersignale
ändert, was der Fall ist, wenn sich die Motorlast ändert.
Das Kommutationssignal (Fig. 3G), das vom Ausgang des Komparators
50 abgeleitet wird, wird zum Steuern des Schaltens der
Flip-Flops 36 und 38 verwendet, indem der Schalter 47 von
der externen Taktquelle getrennt wird, um eine interne
Zeitgeber-Impulsquelle durchzuschalten, die im folgenden
noch beschrieben wird. Das Kommutationssignal wird zuerst
an eine allgemein mit 52 bezeichnete Phasensteuerschaltung
angelegt. Diese erzeugt ein unipolares Zeitgebersignal und
stellt weiterhin die richtige Kommutierung sicher, wenn die
Motordrehung umgekehrt wird oder wenn der Motor im Verzögerungsbetrieb
arbeitet, was im folgenden noch erläutert
wird. Bei der Phasensteuerschaltung handelt es sich um eine
einfache logische Schaltung mit vier EXCLUSIV-ODER-Gliedern,
von denen zwei Eingangssteuerglieder 54 und 56 mit ihren Ausgängen
an die Eingänge eines dritten Verknüpfungsgliedes 58
geschaltet sind; der Ausgang des Verknüpfungsgliedes 58 wiederum
ist an einen Eingang eines vierten EXCLUSIV-ODER-Gliedes
60 geschaltet, dessen anderem Eingang das Kommutationssignal
von dem Komparator 50 zugeführt wird. Das EXCLUSIV-ODER-Glied
54 vergleicht die zwei Signale von den Flip-Flops 36 und 38.
Der Ausgang des EXCLUSIV-ODER-Gliedes 54 ist eine Rechteckwelle,
deren Polarität sich mit dem Schließen jedes der vier
Schalter 26, 28, 30 und 32 ändert. Die entsprechende Wellenform
ist in Fig. 3H oder 3H′ gezeigt, abhängig von der Motorrichtung.
Dieses Signal wird durch das EXCLUSIV-ODER-Glied 58 invertiert
oder nicht, abhängig vom Ausgang des EXCLUSIV-ODER-Gliedes 56.
Das Ausgangssignal des EXCLUSIV-ODER-Gliedes 56 wiederum bestimmt
sich dadurch, ob der Motor in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung
läuft, was durch einen Schalter 62 eingestellt wird,
oder ob die Schaltungsanordnung im Beschleunigungs- oder Verzögerungsbetrieb
arbeitet, was durch einen Schalter 64 eingestellt
wird. Nimmt man an, der Antrieb erfolge durch eine
externe Taktquelle, so stellt Fig. 3I das resultierende Ausgangssignal
des EXCLUSIV-ODER-Gliedes 60 dar, wenn Vorwärts-/
Beschleunigungs- oder Rückwärts-/Verzögerungs-Betriebsart vorliegt.
Wenn in den Vorwärts-/Verzögerungs- oder Rückwärts-/
Verzögerungs-Betriebsarten die Phase umgekehrt wird, so sieht
man, daß jede Phasenverschiebung des Signals am Ausgang des
Vergleichers 50 bezüglich der Treibersignale den positiven
Übergang des Rechtecksignals am Ausgang des EXCLUSIV-ODER-
Gliedes verschiebt, wie in Fig. 3I gezeigt ist. Wie weiter
unten ausführlich erläutert wird, besteht der Effekt darin,
die entgegengesetzte Polarität des Kommutationssignals ohne
Umkehrung der Ablauffolge der Motor-Treiberschaltung festzustellen.
Hierdurch ist es möglich, daß der Rotor hinter
den Treiberspannungen der Statorwicklungen hinterherhinkt,
um ein maximales Bremsmoment aufrechtzuerhalten, während
der Rotor und die Feld-Treiberspannungen in dieselbe Richtung
"drehen" bis der Motor stoppt.
Beim Betrieb als kommutierter oder bürstenloser Gleichstrommotor
werden die Wellenformen bei E, F und G unter konstanter
Betriebsgeschwindigkeit modifiziert, wie in Fig. 4 gezeigt
ist. Das Ausgangssignal der Phasensteuerschaltung 52 wird
dazu verwendet, anstelle des externen Takts die Flip-Flops
36 und 38 zu triggern, indem der Schalter 47 zurückgestellt
wird. Eine allgemein mit 72 bezeichnete Verarbeitungsschaltung
ist vorgesehen, um aus dem Kommutationssignal die Flip-Flop-
Triggersignale zu erzeugen. Eine Verarbeitungsschaltung
liefert verschiedene Funktionen, indem sie zum Erzeugen einer
Startfolge verwendet wird, sowie zum Austasten unerwünschter
Signale und weiterhin zum Steuern maximaler Geschwindigkeit
(synchroner Betrieb), sowie weiterhin, um aus dem Kommutationssignal
die Taktsignale für die Flip-Flops zu erzeugen.
Da vor der Umdrehung des Motors kein Gegen-EMK-Signal vorliegt,
wird eine Startsequenz von Impulsen benötigt, um die Anfangsdrehung
des Rotors anzustoßen. Während in manchen Fällen ein
einzelner Startimpuls ausreicht, wird eine Kette aus wenigstens
zwei Impulsen bevorzugt. Die erläuterte Startschaltung
ist relativ einfach aufgebaut und benötigt eine minimale Anzahl
von Bauelementen. Es können aber auch weiterentwickelte
digital gesteuerte Zeitgeber- und Zählschaltungen verwendet
werden.
Die Verarbeitungsschaltung enthält einen Stop-/Start-Schalter
74, der an einen Eingang eines NAND-Gliedes 76 einen positiven
Pegel legt, wenn der Motor gestoppt wird. Zur selben Zeit
wird ein Impulsgenerator 78 über einen Negator 80 vorgespannt.
Wenn der Schalter 74 in die Startstellung gebracht
wird, aktiviert er den Impulsgenerator 78. Die Ausgangsimpulse
werden durch das NAND-Glied 76 über ein NAND-Glied 82
durchgelassen, um einen zweiten Impulsgenerator 84 zu betätigen.
Ferner wird ein negativer Impuls am Eingang des
NAND-Gliedes 76 durch Erden des Kondensators 86 erzeugt.
Das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 76 wiederum veranlaßt,
daß der zweite Impulsgenerator 84 einen Anfangs-Ausgangsimpuls
erzeugt, der das eine oder andere der Flip-Flops 36 oder 38
triggert. Man sieht, daß die Flip-Flops 36 und 38 durch ein
Paar von EXCLUSIVE-ODER-Gliedern 90 und 92 in Abhängigkeit
vom Setzen des Vorwärts-/Rückwärts-Schalters 62 und den Zuständen
der entsprechenden Flip-Flops 36 und 38 alternierend
getriggert werden. Mit dem Einschalten des Impulsgenerators
78 durch das Setzen des Schalters 74 wird eine Reihe von Impulsen
durch den Impulsgenerator 78 erzeugt, die das NAND-
Glied 76 und die Schaltung 82 durchlaufen, um den Impulsgenerator
84 zu triggern. Die Frequenz des Impulsgenerators
78 wird gesteuert durch die Zeitkonstante des Widerstands
94 und des Kondensators 96. Beim Entladen eines Kondensators
100 fällt die Spannung an dem Eingang des NAND-Gliedes 76
unter den Schwellenwert, bei dem das NAND-Glied Impulse
von dem Impulsgenerator 78 durchläßt. Die Impulse werden
nun direkt von dem Kommutationsimpuls-Eingang durch ein
Paar von NOR-Gliedern 102 und 104 und das NAND-Glied 82
geleitet, um den Impulsgenerator 84 zu betreiben. Die Ausgangsimpulse
des Generators 84 besitzen eine Impulsbreite,
die bestimmt ist durch einen Widerstand 110 und einen Kondensator
112. Somit wird die weitere zeitliche Steuerung der
Statorwicklungen festgelegt durch die Kommutierungsimpulse,
die von dem Transformator 40 abgeleitet werden. Der
Motor erhöht weiter seine Geschwindigkeit, bis die Versorgungsspannung
abzüglich der Gegen-EMK ausgeglichen ist
durch die Verluste durch die Motorbelastung. Die Wellenformen
der Verarbeitungsschaltung während des Startvorgangs
sind in Fig. 5 dargestellt, die Wellenform beim Normalbetrieb
in Fig. 6.
Das NOR-Glied 104 bewirkt, daß unerwünschte Einschwingvorgänge
in den Kommutierungsimpulsen ausgetestet werden, welche
durch die Induktivität der Motorwicklung und des Transformators
40 erzeugt werden. Das NOR-Glied 104 wird in Abhängigkeit
von dem aus einem Widerstand 106 und einem Kondensator
108 bestehenden RC-Netzwerk, welches parallel zu dem Ausgang
des Impulsgenerators 84 liegt, eingestellt, so daß die Impulsbreite
der Ausgangsimpulse des Impulsgenerators 84 plus
der Zeitkonstanten des Widerstands 106 und des Kondensators
108 verhindert, daß irgendein Kommutierungssignal den Impulsgenerator
84 triggert, bevor ein festes Zeitintervall
verstrichen ist. Durch den Widerstand 106 und den Kondensator 108
kann hinreichend Zeit nach dem Ende des durch den
Generator 84 erzeugten Impulses verstreichen, um die Zeitgeberschaltung
des Generators 84 zurückzusetzen, bevor der Generator
aufs neue getriggert wird. Auf diese Weise wird das
Kommutierungssignal bis zum Ende dieser Zeitperiode gehalten,
wodurch die maximale Frequenz des Kommutierungssignals begrenzt
wird. Diese Betriebsart, die synchrone Betriebsart genannt
wird, begrenzt die Maximalfrequenz des Kommutierungssignals
über einen weiten Bereich von Eingangsspannungen oder
Lastschwankungen, um dadurch die Geschwindigkeit mit einer
eingestellten Frequenz zu synchronisieren. Die Wellenform
für die synchrone Betriebsweise ist in den Fig. 7 und 8
dargestellt. Wie aus der Wellenform nach Fig. 7 hervorgeht,
ist die Wellenform bei I modifiziert, wie in Fig. 7 bei
I′ gezeigt ist, so daß das Kommutierungssignal durch den
Impulsgenerator 84 gehalten wird, wobei sich die Zeit T₂
bestimmt durch die Zeitkonstante des Widerstands 106 und
des Kondensators 108.
Fig. 2 zeigt eine alternative Abfühlschaltung, in der zwei
Eingänge eines Komparators 50′ an die Mittelanzapfpunkte
von Serienwiderständen 120-122 und 124-126 geschaltet sind,
die jeweils parallel zu den zwei Paaren der Statorwicklungen
14 und 16 bzw. 18 und 20 liegen. Diese Schaltungsanordnung
erzeugt eine Ausgangsspannung höherer Amplitude, hat aber
ansonsten eine vergleichbare Betriebsweise.
Claims (7)
1. Ansteuerschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor
oder einen Schrittmotor mit Rückkopplung (closed
loop) mit einem Permanentmagnetrotor und vier über jeweils
eine Schaltanordnung (26, 28, 30, 32) durch eine
Gleichspannungsquelle erregbaren Statorwicklungen (14,
16, 18, 20), mit die Schaltanordnung (26, 28, 30, 32)
über Treiber (34) steuernden bistabilen Kippstufen (36, 38)
und mit einer Anordnung, die in zwei Statorwicklungen
induzierte Spannungen vergleicht und ein Ausgangssignal
bei Gleichheit der Spannungen erzeugt, wobei in Abhängigkeit
des Ausgangssignals die bistabilen Kippstufen gesetzt
werden und die Statorwicklungen aufeinander folgend
erregt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anordnung einen Transformator (40) mit einer ersten
und einer zweiten Wicklung (42, 44) und einen Vergleicher
(50) aufweist, wobei die erste Wicklung (42) in
Serie zu zwei der Statorwicklungen (14, 16) und die zweite
Wicklung (44) in Serie zu den anderen zwei Statorwicklungen
(18, 20) liegt und wobei dem Vergleicher (50) die
an den zwei Wicklungen (42, 44) abfallenden Spannungen
zum Erzeugen des Ausgangssignals (G) bei Gleichheit der
Spannungen zugeführt werden.
2. Ansteuerschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor
oder einen Schrittmotor mit Rückkopplung (closed
loop) mit einem Permanentmagnetrotor und vier über jeweils
eine Schaltanordnung (26, 28, 30, 32) durch eine
Gleichspannungsquelle erregbaren Statorwicklungen (14,
16, 18, 20), mit die Schaltanordnung (26, 28, 30, 32)
über Treiber (34) steuernden bistabilen Kippstufen (36,
38) und mit einer Anordnung, die in zwei Statorwicklungen
induzierte Spannungen vergleicht und ein Ausgangssignal
bei Gleichheit der Spannungen erzeugt, wobei in Abhängigkeit
des Ausgangssignals die bistabilen Kippstufen gesetzt
werden und die Statorwicklungen aufeinander folgend
erregt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung
einen Transformator (40) mit einer ersten und einer zweiten
Wicklung (42, 44), sowie eine weitere mit dem Transformator
(40) gekoppelte Wicklung (46) und einen Vergleicher
aufweist, wobei die erste Wicklung (42) in Serie
zu zwei der Statorwicklungen (14, 16) und die zweite
Wicklung (44) in Serie zu den anderen zwei Statorwicklungen
(18, 20) liegt und wobei dem Vergleicher die an der
weiteren Wicklung (46) abfallende Spannung zugeführt
wird und dieser das Ausgangssignal (G) beim Nulldurchgang
des Gesamtflusses im Transformator erzeugt.
3. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das vom Vergleicher (50) erzeugte Ausgangssignal
im wesentlichen eine Rechteckschwingung ist,
deren Flanken zeitlich denjenigen Zeitpunkten entsprechen,
bei denen die Spannungen gleich sind, und daß eine
Einrichtung (52) vorgesehen ist, die auf die Flanken der
Rechteckwelle anspricht und Impulse für die Kippstufen
(36, 38) erzeugt.
4. Ansteuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Phasenschiebereinrichtung (54, 56, 58, 60)
an den Ausgang des Vergleichers (50) geschaltet ist,
um die Phase der Impulse zu verschieben, damit das Drehmoment
des Motors (10) umgekehrt wird, um eine Bremswirkung
zu erzielen.
5. Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Starteinrichtung (74,
76, 78) vorgesehen ist, um zwei oder mehr Impulse für die
Kippstufen (36, 38) zu erzeugen, wenn der Rotor (12)
steht.
6. Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß eine
Zeitverzögerungseinrichtung (104 bis 108) vorgesehen ist,
um die Frequenz der Impulse für die Kippstufen (36, 38)
zu begrenzen, wobei die Zeitverzögerungseinrichtung die
Zeitdauer der Impulse fixiert und den Beginn des nächsten
Impulses um eine vorbestimmte Minimalzeit im Anschluß an
die Beendigung des vorhergehenden Impulses verzögert, wodurch
eine maximale Umdrehungsgeschwindigkeit eingehalten
wird.
7. Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei um 90° versetzte
Statorwicklungen erregt sind.
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