DE1463860B2 - Schrittmotor, insbesondere fuer drehwaehler in fernmeldeanlagen - Google Patents

Description

Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Antriebssystems erläutert. Bei dem in F i g. 2 in schematischer Form gezeigten Beispiel für die Anordnung der Statoren und des Rotors eines in Frage kommenden Schrittmotors sind fünf Statoren vorgesehen. Sie sind dort mit Sa, Sb, 5a Sd und Se bezeichnet. Zwischen diesen Statoren hat sich der Rotor R zu drehen. Er ist in derjenigen Stehlage dargestellt, bei der sein Pol dem Pol des Stators Sa gerade gegenübersteht Bei dem in F i g. 3 gezeigten Diagramm sind drei im Zuge der Drehung des Rotors aufeinander folgende Stehlagen dieses Rotors R eingezeichnet. Der Einfachheit halber sind die Statoren als in einer geraden Linie liegend dargestellt. Durch wechselnde Erregung von Statoren wird der Rotor R von der Stehlage I zunächst zur Stehlage II und dann zur Stehlage III gedreht. Dies geschieht hier dadurch, daß vom Antriebssystem nacheinander verschiedene Kombinationen der Statoren erregt werden. Aus dem Diagramm in Fig.3 ersieht man, daß sich dabei je Stator mehr als eine Stehlage des Rotors ergibt. Der Pol des Rotors R steht nämlich bei der ersten gezeigten Stehlage dem Stator Sb gegenüber. Bei der zweiten gezeichneten Stehlage II steht er gerade in der Mitte zwischen dem Stator Sb und dem Stator Sc. Bei der dritten gezeichneten Stehlage III steht er wieder dem einen Stator gegenüber, nämlich dem Stator Sc. Bei der nächsten nicht gezeigten Stehlage würde er zwischen dem Stator Sc und dem Stator Sd stehen. Man sieht, daß die Zahl der Stehlagen doppelt so groß als die Zahl der vorgesehenen Statoren ist. Je Stator ergeben sich also J₀ hier zwei Stehlagen, wobei der den Statoren zugewendete Pol des Rotors bei der ersten dieser beiden Stehlagen dem betreffenden Stator gegenübersteht und bei der zweiten dieser beiden Stehlagen zwischen dem betreffenden Stator und einem benachbarten Stator steht.

Die Drehung des Rotors R von Stehlage zu Stehlage wird hier beispielsweise in folgender Weise zustande gebracht. Es sei davon ausgegangen, daß zunächst die drei Statoren Sa, Sb und Sc erregt sind. Der Rotor R ₄„ befindet sich dann in der Stehlage I, sein Pol steht also dem Stator Sb gegenüber. Nach der Erregung dieser drei benachbarten Statoren werden nur noch zwei benachbarte dieser drei Statoren erregt. Es sind hier dies die beiden Statoren Sb und Sc. Dies hat zur Folge, daß der Rotor R die Stehlage II einnimmt, also zwischen den beiden Statoren Sound Scsteht. Danach werden die beiden letzten sowie der nächste benachbarte, aber vorher nicht erwähnte Stator erregt, also die Statoren Sb, 5c und Sd. Hierbei sind also wieder drei benachbarte Statoren erregt. Es ergibt sich dann die Stehlage III für den Rotor R, in der sein Pol dem Pol des Stators Sc gegenübersteht Durch Wiederholung der Erregung von Kombinationen von Statoren in dieser Weise wird dann der Rotor in seine weitere Stehlagen gebracht, bis die im einzelnen beschriebenen Stehlagen I, II und III wieder auftreten. Diese anderen Stehlagen sind in die F i g. 3, da sie nichts besonderes erkennen lassen, nicht eingezeichnet.

Zweckmäßigerweise wird das Antriebssystem mit &> Hilfe von Taktimpulsen angetrieben, für die ein Beispiel in F i g. 1 gezeigt ist. Die Folge dieser Taktimpulse ist dort mit Pi bezeichnet. Der in Fig. 1 gezeigte Zeitabschnitt ist in die Zeitspannen t 1, 12,13, i4 und i5 eingeteilt, zu denen Taktimpulse und dazwischen liegende Impulslücken gehören. In dem Diagramm in Fig.3 sind nun auch die zu den Stehlagen II und III gehörenden Zeitspannen angegeben. Zur Stehlage II gehören demgemäß die Zeitspannen f 2 und f 3 und zur Stehlage III die Zeitspannen /4 und f5. Hieraus ist zu ersehen, daß mit dem Auftreten eines Impulses der Rotor jeweils eine bestimmte Stehlage einnimmt und diese beibehält, bis der nächste Impuls auftritt. Wie dies im einzelnen zustandekommt, wird noch später anhand eines speziellen Antriebssystems erläutert, bei dem die Erregungsströme von Flip-Flops geliefert werden, welche ein Schieberegister bilden, das mit Hilfe von den Flip-Flops zugeführten Taktimpulsen weitergeschaltet wird. Diese Impulse stimmen mit der Folge der Taktimpulse .P/überein.

Zunächst wird jedoch dieses zum Antriebssystem gehörende Schieberegister anhand der Fig.4 im einzelnen beschrieben. Dieses Schieberegister besteht aus mehreren an sich bekannten Flip-Flops, die mit sogenannten Signaleingängen und mit Takteingängen versehen sind und jeweils eine Einstellstufe und eine Rückstellstufe besitzen (siehe z. B. Entwicklungsberichte der Siemens & Halske AG., Jahrgang 22, Folge 2, S. 164, August 1959). Es sind dies die Flip-Flops A, B, C, D und E. Zum Flip-Flop_/4 gehört die Einstellstufe Fa und die Rückstellstufe Fa, zum Flip-Flop ß_gehört die Einstellstufe Fb und die Rückstellstufe Fb usw. Die Anzahl dieser Flip-Flops stimmt mit der Anzahl der vorgesehenen Statoren überein. Sie sind in Ringschaltung miteinander verbunden, und zwar in ganz bestimmter Weise. Zunächst ist der Signaleingang der Einstellstufe jedes der Flip-Flops mit dem Ausgang der Rückstellstufe des jeweils übernächsten Flip-Flops verbunden. So ist z. B. der Signaleingang In der Einstellstufe Fa des Flip-Flops A mit dem Ausgang der Rückstellstufe Fcdes Flip-Flops Cverbunden. Ferner ist der Signaleingang der Rückstellstufe jedes der Flip-Flops mit dem Ausgang der Einstellstufe des jeweils übernächsten Flip-Flops verbunden. So ist der Signaleingang Tn der Rückstellstufe Fa des Flip-Flops A mit dem Ausgang der Einstellstufe Fc des Flip-Flops C verbunden. Wenn alle Verbindungen zwischen Signaleingängen und Ausgängen der Stufen der Flip-Flops in der vorstehend angegebenen Weise hergestellt sind, ergibt sich die in Fig.4 dargestellte Ringschaltung. Darüber hinaus ist nun ein Ausgang eines Flip-Flops jeweils mit einem Stator verbunden, wobei Ausgänge gleichartiger Stufen benutzt sind und benachbarte Statoren mit Ausgängen' benachbarter Flip-Flops verbunden sind. Es sind hier die Ausgänge der Einstellstufen verwendet, also der Einstellstufen Fa, Fb, Fc, Fd und Fe. Der Ausgang der Einstellstufe Fa ist mit Ot bezeichnet. Mit diesem Ausgang ist der Stator Sa verbunden. Mit dem Ausgang der Einstellstufe Fb ist dagegen der Stator Sb verbunden usw.

Ein Beispiel für den Aufbau eines der für das Schieberegister verwendeten Flip-Flops ist in der F i g. 5 gezeigt. Die Anschlüsse dieses Flip-Flops sind genau so bezeichnet wie die Anschlüsse des Flip-Flops A in der F i g. 4. Es weist also die beiden Signaleingänge In und In und die beiden Ausgänge Ot und Ot auf. Es besteht aus zwei Stufen. Zur Einstellstufe gehört der Transistor Ta und zur Rückstellstufe der Transistor Ta. Es hat noch den Takteingang Cl, dem die Taktimpulse Pi zur Weiterschaltung zugeführt werden. Derartige Takteingänge sind auch bei den in Fig.4 schematisch dargestellten Flip-Flops vorgesehen. Das in Fig.5 dargestellte Flip-Flop ist entsprechend aufgebaut und arbeitet genau so wie bekannte Flip-Flops (siehe z. B. Entwicklungsberichte der Siemens & Halske AC, Jahrgang 22, Folge 2, S. 164, August 1959). Zugeführte

gleichartige Taktimpulse können sich bei einem derartigen Flip-Flop jeweils nur auf eine der beiden zugehörigen Stufen auswirken, da die andere Stufe bereits denjenigen Betriebszustand hat, den herbeizuführen er geeignet ist.

Wenn ein Flip-Flop eingestellt bzw. im Betriebszustand L ist, so wird der dort angeschlossene Stator erregt. Wenn es dagegen wieder rückgestellt ist bzw. im Zustand O ist, wird der zugehörige Stator nicht erregt. Aus dem in F i g. 6 gezeigten Zeitdiagramm sind die Betriebszustände der zum Schieberegister gehörenden Flip-Flops erkennbar, die sich bei der Zuführung aufeinander folgender Taktimpulse Pi ergeben, welche dort auch dargestellt sind. Ferner sind den einzelnen Flip-Flops bzw. ihren Einstellstufen zugeordnete stark ausgezogene Linien eingezeichnet, welche anzeigen, wann das betreffende Flip-Flop bzw. die dazugehörige Einstellstufe den Betriebszustand L hat. Man erkennt, daß das Flip-Flop A bzw. dessen Einstellstufe Fa beim ersten und zwar zur Zeitspanne f2 auftretenden Taktimpuls vom Betriebszustand L in den Betriebszustand O zurückgestellt wird. Diesen Betriebszustand behält es für fünf aufeinander folgende Taktimpulse bei. Mit dem sechsten Taktimpuls wird das Flip-Flop A bzw. dessen Einstellstufe Fa wieder in den Betriebszustand L versetzt. Den Betriebszustand L behält es dann für fünf aufeinander folgende Taktimpulse bei. Wegen der Symmetrie des Aufbaus des Schieberegisters behalten auch alle anderen Flip-Flops bzw. deren Einstellstufen jeweils für fünf Taktimpulse den Betriebszustand O und danach für fünf Taktimpulse den Betriebszustand L bei. Jedoch haben sie nicht jeweils alle den gleichen Betriebszustand, sondern sie wechseln ihre Betriebszustände jeweils zu verschiedenen Zeitpunkten. Dadurch ergibt es sich, daß während des ersten in der F i g. 6 eingezeichneten Taktimpulses Pi zwei Flip-Flops bzw. deren Einstellstufen den Betriebszustand L haben, während des darauf folgenden Taktimpulses jedoch außer diesen beiden noch ein drittes Flip-Flop bzw. dessen Einstellstufen den Betriebszustand L hat. Beim darauf folgenden Taktimpuls haben dann wieder nur noch zwei Flip-Flops bzw. deren Einstellstufen den Betriebszustand L. Der erste genannte Taktimpuls tritt während der Zeitspanne f2 auf. Während dieser Zeitspanne sind die Flip-Flops B und C bzw. deren Einstellstufen Fb und Fc im Betriebszustand L. Der zweite Eingangsimpuls tritt während der Zeitspanne f 4 auf. Während dieser Zeitspanne haben die Flip-Flops B, C und D bzw. deren Einstellstufen Fb, Fc und Fd den Betriebszustand L. Beim darauf folgenden Taktimpuls haben dagegen nur noch die beiden Flip-Flops Cund D bzw. deren Einstellstufen Fcund Fdden Betriebszustand L. Da jeweils nur, wie vorher beschrieben, der mit einem Flip-Flop verbundene Stator mit dessen Betriebszustand L erregt wird, ergibt es sich, daß die Erregungsströme für diese Statoren in der gleichen Folge geliefert werden, wie die Betriebszustände L bei den Flip-Flops nacheinander auftreten. Die Betriebszustände L treten nun bei den Flip-Flops des in F i g. 4 dargestellten Schieberegisters, wie sich aus der F i g. 6 ergibt, genau in derselben Folge auf, wie es für die Lieferung der Erregungsströme für die Statoren bei dem anhand der F i g. 3 beschriebenen Antrieb des Schrittmotors angenommen wurde. Das in Fig.4 dargestellte Schieberegister liefert also die zum vorgesehenen Antriebssystem gehörenden Erregungsströme.

Es seien noch einige Bemerkungen für die Arbeitsweise des Schieberegisters gemacht. Die beschriebene Arbeitsweise kann zunächst durch Messung der gelieferten Erregungsströme bestätigt werden. Zum Verständnis der Arbeitsweise tragen noch die folgenden Überlegungen bei. Die Signaleingänge eines Flip-Flops sind jeweils an die Ausgänge des übernächsten Flip-Flops angeschaltet. Unter Zuhilfenahme des in Fig.5 dargestellten Flip-Flops, welches die Signaleingänge In und in und den Takteingang Cl hat, erkennt man, daß ein zum Schieberegister gehörendes Flip-Flop seinen Betriebszustand jeweils dann ändert, wenn das seine Eingangssignale liefernde Flip-Flop den gleichen Betriebszustand wie dieses hat. Anderenfalls wird nämlich der Taktimpuls zu der Stufe des betreffenden Flip-Flops geleitet, auf die er sich nicht auswirken kann. Der Taktimpuls gelangt nun jeweils nur zu einer der beiden Stufen eines Flip-Flops, da er durch die vom betreffenden anderen Flip-Flop gelieferten Eingangssignale auf eine einzige dieser beiden Stufen in an sich bekannter Weise geleitet wird. Wenn nun diese Stufe schon denjenigen Betriebszustand hat, den herbeizuführen der Taktimpuls geeignet ist, ändert dieses Flip-Flop seinen Betriebszustand bei Eintreffen des Taktimpulses nicht, d. h., der Taktimpuls wirkt sich bei diesem Flip-Flop überhaupt nicht aus. Dies ist hier nun aber gerade dann nicht der Fall, wenn das die Eingangssignale für ein Flip-Flop liefernde andere Flip-Flop den gleichen Betriebszustand wie das belieferte Flip-Flop hat. Ein derartiges Flip-Flop ist beim Eintreffen des ersten Taktimpulses zur Zeitspanne f2 (s. Diagramm F i g. 6 und Schieberegisterschaltung F i g. 4) nur durch das Flip-Flop A gegeben, dessen Signaleingänge mit Ausgängen des Flip-Flops C verbunden sind. Daher ändert dieses Flip-Flop beim Eintreffen des ersten Taktimpulses seinen Betriebszustand, es gelangt nämlich vom Betriebszustand L in den Betriebszustand O. Beim zweiten Taktimpuls, der während der Zeitspanne i4 auftritt, behält es dagegen seinen Betriebszustand bei. Es hat ja jetzt einen anderen Betriebszustand als das Flip-Flop C, von dem es mit Eingangssignalen beliefert wird. Dagegen hat nun das Flip-Flop D, dessen Signaleingänge mit Ausgängen des Flip-Flop A verbunden sind, den gleichen Betriebszustand wie dieses. Daher ändert der zweite Taktimpuls seinen Betriebszustand, und es nimmt nunmehr statt des vorherigen Betriebszustandes O den Betriebszustand L ein. Wegen der Symmetrie der Schaltung wiederholen sich entsprechende Vorgänge bei den anderen Flip-Flops, so daß ein Flip-Flop jeweils beim sechsten Taktimpuls seinen Betriebszustand ändert. Die vorstehenden Überlegungen bestätigen daher ebenfalls, daß das in F i g. 4 dargestellte Schieberegister bei Verwendung von Flip-Flops, wofür ein Beispiel in der F i g. 5 dargestellt ist, in der angegebenen Weise arbeitet.

Das vorstehend beschriebene Antriebssystem kann seine Funktionen auch ausführen, wenn die Taktimpulse über eine binäre Zählkette zugeführt werden, welche die Anzahl der Taktimpulse halbiert. Die F i g. 7 zeigt ein Blockschaltbild für die sich dann ergebende Anordnung. Dort ist die binäre Zählkette mit BC bezeichnet. Wenn ihr die Taktimpulse Pi zugeführt werden, liefert sie stattdessen mit Pj bezeichnete Impulse. Diese werden dann dem mit R bezeichneten Schieberegister zugeführt, welches mit den Statoren Sa bis Se verbunden ist. In der F i g. 8 ist noch die gegenseitige Lage der Taktimpulse Pi und der Impulse Pj gezeigt. Es ergibt sich, daß der Schrittmotor nunmehr nur noch die halbe Drehzahl als sonst hat.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schrittmotor, insbesondere für Drehwähler in Fernmeldeanlagen, mit einem wicklungsfreien Rotor und mehreren jeweils eine Erregerwicklung tragenden Statorpolen, wobei die einen Enden der Wicklungen in Stern geschaltet sind und die anderen Enden jeweils an einen Ausgang einer Schalteinrichtung geführt sind, die bewirkt, daß schrittweise fortlaufend gleichzeitig mindestens zwei nebeneinanderliegende Pole erregt sind, dann in Drehrichtung der nächste Pol erregt wird und darauf der letzte erregte Pol entregt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor nur einen Pol und der Stator fünf Pole aufweist, daß die in Stern geschalteten Wicklungsenden an dem einen Pol einer Gleichstromquelle liegen, deren anderer Pol an die anderen Wicklungsenden schaltbar ist und daß die Schalteinrichtung aus fünf miteinander ringförmig verbundenen Flip-Flops (A, B, C, D, E) mit jeweils einer Einstellstufe (Fa, Fb, Fc, Fd, Fe) und einer Rückstellstufe (Fa. FB, Fc, Fd, Fe) besteht, die jeweils einen statischen und einen dynamischen Eingang und einen Ausgang haben, wobei jeweils der Ausgang der Einstellstufe mit einer Erregerwicklung und dem Eingang der Rückstellstufe des dritten der folgenden Flip-Flops und der Ausgang der Rückstellstufe mit dem Eingang der Einstellstufe des dritten der folgenden Flip-Flops und alle dynamischen Eingänge mit dem Ausgang eines Impulsgebers verbunden sind.

   Es sind bereits motorische Antriebe verschiedener Art für Wähler bekannt. Diese Antriebe in Form eines Motors haben jeweils mehrere Statoren bzw. einen Stator mit mehreren Polen und Wicklungen sowie einen Rotor mit mindestens einem Pol. Von Interesse sind hier diejenigen Motoren, deren Rotoren in verschiedenen Drehlagen stillgesetzt werden können, wobei sie jeweils eine Lage einnehmen, die im folgenden als Stehlage bezeichnet wird. Es handelt sich dann um Schrittmotore. Bei der Stillsetzung nimmt der Rotor hierbei jeweils eine Stehlage ein, die einem Stator bzw. einer Statorwicklung oder zwei gegenüberliegenden Statoren bzw. ,Statorwicklungen zugeordnet ist. So sind z. B. Schrittmotoren bekannt (s. DT-PS 6 77 821, Fig. 1), bei denen ein symmetrischer zweipoliger Rotor jeweils derart stillgesetzt wird, daß jeder Pol des Rotors vor einem von zwei gegenüberliegenden Polen zweier Statoren bzw. Statorwicklungen steht. Ferner sind auch Schrittmotoren bekannt (s. DT-PS 9 13 429, Fig. 2), bei denen nach der Stillsetzung jeweils ein Pol des Rotors im wesentlichen vor einem Pol des einen der beiden vorgesehenen Statoren steht. Es ist dabei zwar unter Umständen ein gewisser Unterschied zwischen der Lage des Stators und der Stehlage des Rotors vorhanden. Es ist jedoch jedem Stator nur eine Stehlage des Rotors zugeordnet.

   Es ist auch ein Schrittmotor bekannt, für dessen Statorwicklungen Erregungsströme gleicher Richtung benutzt werden. Es ergibt sich dabei je Stator bzw. Statorwicklung mehr als eine Stehlage des Rotors. Um eine Stelle des Umfangs des Rotors von einem Stator zum benachbarten Stator zu drehen, sind dabei jedoch mehr als fünf Schritte des Schrittmotors erforderlich (s. britische Patentschrift 8 22 925, insbesondere Fig. 1 bis 6). Es ergibt sich daher im Vergleich zur Schrittzahl eine verhältnismäßig niedrige Umdrehungszahl des Rotors.

   Es ist auch bekannt, einen Motor mit mehreren Statorpolen und Statorwicklungen mit Hilfe einer Multivibratorschaltung zu betreiben (siehe z. B. Control Engineering, Februar 1958, Seiten 108 bis 110). Dabei werden nacheinander jeweils zwei Statorwicklungen mit Hilfe einer quadrostabilen Ringschaltung erregt,

   wobei je Statorpaar nur eine Stehlage vorgesehen ist.

   Die Erfindung geht aus von einem Schrittmotor, insbesondere für Drehwähler in Fernmeldeanlagen, mit einem wicklungsfreien Rotor und mehreren jeweils eine Erregerwicklung tragenden Statorpolen, wobei die einen Enden der Wicklungen in Stern geschaltet sind und die anderen Enden jeweils an einen Ausgang einer Schalteinrichtung geführt sind, die bewirkt, daß schrittweise fortlaufend gleichzeitig mindestens zwei nebeneinanderliegende Pole erregt sind, dann in Drehrichtung der nächste Pol erregt wird und darauf der letzte erregte Pol entregt wird.

   Die Schaltimpulse für den Schrittmotor können elektromagnetische Störungen in anderen Anlagenteilen verursachen, und zwar um so mehr, je höher die Frequenz der Schaltimpulse ist. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Schrittmotor zu schaffen, dessen Schaltimpulse keine elektromagnetischen Störungen in anderen Anlagenteilen verursachen. Gelöst wird die Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmale.

   Durch die Erfindung wird erreicht, daß bei gegebener Polzahl des Stators die Impulszahl je vollständiger Umdrehung des Rotors einerseits gering gehalten wird, andererseits aber nicht so gering, daß der Rotor Ruckbewegungen ausführt, was dann der Fall wäre, wenn"jedem Statorpol nur eine Stehlage des Rotors zugeordnet wäre.

   Die Erregungsströme für den Schrittmotor werden also von Flip-Flops geliefert, die als Schieberegister in Ringschaltung miteinander verbunden sind. Die von einem derartigen Schieberegister gelieferten Erregungsströme können auch zur Steuerung anderer Einrichtungen verwendet werden, sofern die zeitliche Aufeinanderfolge der verschiedenen Erregungsströme sich dazu eignet.

   Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert.

   Die F i g. 1 zeigt ein Zeitdiagramm, in dem Taktimpulse dargestellt sind, die zur Steuerung des Schrittmotors ausgenutzt werden;

   die F i g. 2 zeigt in schematischer Form ein Beispiel für die Anordnung der Statorwicklungen und des Rotors des erfindungsgemäßen Schrittmotors;

   die F i g. 3 zeigt ein Diagramm, in dem verschiedene Stehlagen des Rotors in Abhängigkeit von Eingangsimpulsen erkennbar sind;

   die Fig.4 zeigt ein Beispiel für ein zum Antriebssystem gehörendes Schieberegister;

   die F i g. 5 zeigt ein Beispiel für ein Flip-Flop, welches zum Aufbau des Schieberegisters verwendbar ist;
   die Fig.6 zeigt ein Zeitdiagramm, aus dem die Betriebszustände der zum Schieberegister gehörenden Flip-Flops bei der Zuführung aufeinander folgender Taktimpulse erkennbar ist;

   die F i g. 7 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltung;

   die F i g. 8 zeigt ein dazugehörendes Impulsdiagramm.

   Es wird nun zunächst anhand der F i g. 1, 2 und 3 die