DE1613083C3 - Reversierbarer Schrittmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen reversierbaren Schrittmotor mit ausgeprägten, magneterregten Statorpolen und ihnen gegenüberliegenden Rotorpolen mit umfangsmäßig wechselnder Polarität, mit einer von zwei unabhängigen Erregerkreispaaren erregten Statorpolwicklung, deren Polzahl ein Mehrfaches, mindestens aber das Doppelte der Rotorpolzahl beträgt und die in zwei getrennt voneinander in beiden Stromrichtungen erregbare, über den ganzen Umfang verteilte und gleichmäßig ineinander verschachtelte Wicklungsgruppen gegliedert ist, innerhalb welcher durch entgegengesetzten Wicklungssinn aufeinanderfolgende Polwicklungen bei gleichsinniger impulsmäßiger Erregung wechselnde Polaritäten der Statorpole aufeinanderfolgen, wobei die Schrittfolge im l-(2)-l = Rhythmus in der Weise erzielt wird, daß in zwei aufeinanderfolgenden Schritten benachbarte Pole unterschiedlicher Wicklungsgruppen zunächst gleichsinnig erregt sind und daraufhin der in Drehrichtung liegende Pol erregt bleibt, während der entgegen der Drehrichtung liegende Pol entregt wird.

Ein derartiger reversierbarer Schrittmotor ist aus der US-PS 31 39 547 bekannt.

Der vorbekannte reversierbare Schrittmotor ist als Verstellmotor konzipiert, um fein dosierbar langsame Bewegungen durchzuführen, wie man sie für den Regelstabantrieb von Kernreaktoren, Sonnenpaddelantriebe für Satelliten und ähnliche Anwendungen benötigt, bei denen man nur relativ kleine Momente benötigt. Dieser vorbekannte Schrittmotor ist praktisch ein gewöhnlicher Gleichstrommotor, dessen Kommutator nicht auf der Motorwelle befestigt ist und von einem anderen Motor, mit dessen Welle er verbunden ist, angetrieben wird. Nachteilig ist bei solchen Schrittmotoren, daß vergleichsweise kleine Antriebsmoment, die nicht auszuschließende Möglichkeit des Verlustes von Steuerimpulsen wegen des angeordneten Kommutators und ferner die fehlende Möglichkeit, die Schritte genau abzuzählen und mit jedem einzelnen Impuls sehr hohe Anlaufdrehmomente zu bewirken.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines mit einfachen Schaltungsmitteln reversierbaren Schrittmotors der einleitend genannten Art, welcher ohne die Verwendung eines Kommutators ohne jegliche Gefahr eines Schrittverlustes mit hohem Drehmoment Schritt für Schritt weiterschalten kann, wobei jeder einzelne Schritt allen anderen in seiner Länge und der Größe des Drehmomentes absolut gleich ist.
Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe ist der erfindungsgemäße reversierbare Schrittmotor dadurch gekennzeichnet, daß eine die unabhängigen Erregerkreispaare enthaltende elektronische Erregerschaltung einen Umkehrkreis enthält, dem von einem Impulsgeber Einzelimpulse verschiedener Polarität zugeführt sind, die jeweils die Drehrichtung des Schrittmotors festlegt.

Zum Stand der Technik ist noch zu erwähnen, daß für einen reversierbaren Schrittmotor bereits eine elektronische Erregerschaltung mit einem Umkehrkreis zur Erregung von unabhängigen Erregerkreispaaren bekanntgeworden ist (US-PS 31 24 732).

Diese vorbekannte elektronische Erregerschaltung verwendet zwei getrennte Eingangsimpulse, und zwar einen für jede Drehrichtung. Hierbei ist der Aufbau der Schaltung so angelegt, daß der neue Impuls sich erst auswirkt, nachdem der Impuls den vorherigen Schalter schon abgeschaltet hat. Dementsprechend fehlen dem Schrittmotor jegliche Haltekräfte, die eine ungewollte Bewegung des Ankers unterbinden und durchaus damit gerechnet werden, daß der Motor einzelne Schritte verliert, was beispielsweise bei der Steuerung von Werkzeugmaschinen nicht toleriert werden kann. Darüber hinaus ist auch das Drehmoment des gemäß der letztgenannten Entgegenhaltung gesteuerten Schrittmotors viel zu gering um für den Vorschub in einer Werkzeugmaschine zu sorgen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Statorwicklungsgruppen über impulsgesteuerte Gleichrichter erregt, wobei zur Steuerung der Gleichrichter Kippkreise und Binärzähler vorgesehen sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand

der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 einen schematischen, mittig geführten vertikalen Querschnitt durch einen reversierbaren Schrittmotor gemäß der Erfindung, wobei der Einfachheit halber nur einige Polwickiungen dargestellt sind und Stator und Rotor in einer Stellung nach Empfang des ersten Steuerimpulses stehen,

F i g. 2 eine elektronische Erregerschaltung, die den reversierbaren Schrittmotor der F i g. I aus einer Wechselstromquelle über eine Vollwellengleichrichtung speist und

F i g. 3 ein Prinzipschaltbild des Umkehrkreises in der Schaltung der F i g. 2.

Der in F i g. 1 gezeigte reversierbare Schrittmotor 14 mit radialen Luftspalt, der an seiner Motorwelle 16 ein hohes Drehmoment liefert, wird zur Drehung in beiden Richtungen aus der in Fig.2 dargestellten elektronischen Erregerschaltung 220 gespeist. Die Schaltung 220 bezieht ihre Energie aus einer Wechselstromquelle. Zum Schrittmotor 14 gehört ein Stator 114 in einem Gehäuse 116, das auch die üblichen, nicht näher dargestellten reibungsarmen Lager für die Welle 16 enthält. Die Welle 16 trägt den eigentlichen Rotor 120, dessen zwei Schleifringe über zwei Bürsten an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind, um die Wicklungen 141 einer einzigen Rotor-Polgruppe mit den Polen 142 zu erregen. Bei diesen Polen 142 sind die Polschuhe 137 so breit, daß sie die Polschuhe 149 von zwei benachbarten Statorpolen überdecken können. Die Wicklungen 141 aufeinanderfolgender Pole 142 sind beim Rotor 120 jeweils gegensinnig gewickelt, um über den Umfang des Rotors abwechselnd aufeinanderfolgend Nord- und Südpole mit unveränderlicher Polarität zu erzeugen, wie es in den F i g. 1 mit den Buchstaben N und 5 gekennzeichnet ist. Der Rotor 120 kann gegebenenfalls auch ohne Wicklungen hergestellt werden, wenn man ihn aus pulverisiertem Eisen oder einem sonstigen magnetisierbaren Metall sintert und die Pole 142 abwechselnd permanent mit Nord- und Südpolaritäten magnetisiert. In diesem Falle können dann die Schleifringe und Bürsten in Fortfall kommen.

Der Stator 114 enthält eine erste Gruppe 143 und eine zweite Gruppe 145 von T-förmigen Statorpolen 144 bzw. 146, welche in Umfangsrichtung verbreiterte Polschuhe 149 tragen. Bei der ersten Gruppe 143 sind aufeinanderfolgende Polwicklungen 147 gegensinnig gewickelt, um über den Umfang des Stators 114 abwechselnd Nord- und Südpole zu bilden. Bei der zweiten Gruppe 145 sind aufeinanderfolgende Polwicklungen 151 ebenfalls gegensinnig gewickelt, um auch abwechselnd Nord- und Südpole zu bilden. Im Gegensatz zu den Rotorpolen 142 erhalten die Statorpole 144 und 146 bei den verschiedenen Schaltphasen unterschiedliche Polaritäten. Die Polarität hängt ab von der Stromflußrichtung, in der sie mit der noch zu erläuternden Erregerschaltung 220 der F i g. 2 erregt werden. Die Polaritäten aufeinanderfolgender Pole des Rotors 120 und der beiden Statorgruppen 143 und 145 alternieren, um den Umfang des Rotors 120 herum.

Der Stator 114 hat doppelt so viel Pole 146 wie der Rotor 120, wobei sich die Statorpolschuhe 149, verglichen mit den Rotorpolschuhen 137, in Umfangsrichtung jeweils über den halben Weg erstrecken, so daß zu gewissen Zeiten jeder Rotorpolschuh 137 zwei Statorpolschuhe 149 überdecken kann. Im dargestellten und beschriebenen Beispiel hat der Rotor 120 zehn Pole 142 und der Stator 114 zwanzig Pole 144 und 146. Bei jedem empfangenen elektrischen Impuls wird der Rotor 120 daher um einen Schritt weiterbewegt, der den zwanzigsten Teil von 360°, d. h. 18°, beträgt, so daß hier zwanzig Gleichstromimpulse erforderlich sind um einen Umlauf des Rotors 120 zu erhalten. Wenn die Impulse innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls eintreffen, beispielsweise eine Minute lang alle drei Sekunden ein Impuls, wird der Rotor 120, der dann zwanzig Impulse empfängt, eine Umdrehung je Minute mit zwanzig Teilschritten ausführen. Wenn die empfangenen Impulse mit anderem Abstand eintreffen, beispielsweise in einer Folge von sechzig Impulsen je Sekunde, macht der Rotor 120 einhundertachtzig Umdrehungen je Minute. In entsprechender Weise ergibt sich bei einer Impulsfolge von vierhundert Impulsen je Sekunde, daß der Rotor 120 in der Minute zwölfhundert Umdrehungen ausführt.

Um den Rotor 120 in beiden Drehrichtungen steuern oder reversieren zu können, enthält die Erregerschaltung 220 der F i g. 2 einen Umkehrkreis 270 gemäß F i g. 3. Dieser Kreis 270 enthält Schaltelemente, die die Drehung des Rotors 120 bei Empfang von negativen elektrischen Impulsen an der gleichen Signalimpulseingangsleitung 248 oder an zwei gesonderten Eingar.gsleitungen reversieren können.

Die Erregerschaltung 220 der F i g. 2, mit der der Schrittmotor aus einem Wechselstromnetz 20 gespeist wird, liefert einen gleichgerichteten Vollwellenstrom. Die Zweiweggleichrichtung hat gegenüber der Einweggleichrichtung den Vorteil des größeren Drehmoments und demzufolge der größeren Leistung und des schnellen Ansprechens des Schrittmotors 14. Diese Eigenschaften sind besonders wichtig, wenn es sich z. B. bei Hochleistungswerkzeugmaschinen um die Betätigung der verschiedenen Schlitten oder Werkzeughalter in zeitlich genau festgelegter Beziehung handelt.

Die Erregerschaltung 220 der F i g. 2 enthält eine Signalimpulseingangsleitung 248 und eine Diode 252 mit einem angeschlossenen Umkehrkreis 270 für den Drehrichtungswechsel des Rotors 120. Ferner enthält die Schaltung der F i g. 2 Kippkreise 260, 262 und 264 und NOR-Gatter 272, 274, 284 und 286. Die Signalimpulseingangsleitung 284 führt ferner über eine negative Impulse weiterleitende Diode 254 und die Leitung 258 zum Umkehrkreis 270. Dieser Umkehrkreis 270 wird nachfolgend näher an Hand der F i g. 3 beschrieben.

Zur Erregerschaltung 220 gehören ferner vier Paare gesteuerte Siliziumgleichrichter 276-278, 280-282, 288-290 und 292-294 für die Halbwellenerregung der zwei Polwicklungen des Stators 114. Diese vier gesteuerten Gleichrichterpaare arbeiten sämtlich in gleicher Richtung, wie es auch die Pfeilstellung der Gleichrichtersymbole anzeigt. Vier weitere Paare solcher Gleichrichter arbeiten in entgegengesetzter Richtung für die andere Halbwellenerregung der gleichen Polwicklungen, es sind dies die entgegengesetzt eingeschalteten Paare von gesteuerten Siliziumgleichrichtern 376-378, 380-382, 388-390 und 392-394. Die Erregerschaltung 220 der F i g. 2 enthält somit vier Gruppen gesteuerter Siliziumgleichrichter, wobei zu jeder Gruppe zwei Paare von gegenseitig arbeitenden Gleichrichtern gehört.

Zur Erregung des Schrittmotors sind die Steueranschlüsse dieser sechzehn Gleichrichter an vier Zündkreise angeschlossen, die bei einer Drehung in Uhrzeigerrichtung (nachfolgend als Rechtslauf bezeichnet) in der Reihenfolge 1, 2, 3, 4 zünden und dann wieder von vorn beginnen. Für eine entgegengesetzt zur Uhrzeigerrichtung umlaufende Drehung (nachfolgend als Linkslauf bezeichnet) arbeiten die vier Zündkreise mit der Zündfolge 4, 3, 2, 1 und wiederholen dann in gleicher Weise.

Der erste Zündkreis zur Erregung der Gleichrichter 276, 278, 376 und 378 kann mit dem NOR-Gatter 272 abgesperrt werden. Der zweite Zündkreis zur Erregung der Gleichrichter 288, 290, 388 und 390 läßt sich mit dem NOR-Gatter 284 sperren. Der dritte Zündkreis für die Gleichrichter 280, 282, 380 und 382 kann mit dem NOR-Gatter 274 und der vierte Zündkreis für die Gleichrichter 292, 294 392 und 394 mit dem NOR-Gat-

ter 286 gesperrt werden.

Die Erregerschaltung 220 der F i g. 2 enthält ferner zwei einpolige Umschalter 302 und 304 und zwei zweipolige Umschalter 306 und 308.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise des reversierbaren Schrittmotors mit Vollwellenerregung zunächst nur für Rechtslauf des Rotors 120 an Hand der F i g. 2 beschrieben. Hierbei werden jeweils vier Gleichrichter mit den Kippkreisen 260 und 262 oder 264 erregt, wenn diese zu bestimmten Zeitpunkten durch eintreffende Impulse geschaltet werden. Durch die zwei Paare einer jeden Gleichrichtergruppe fließen in entgegengesetzten Richtungen sowohl positive als auch negative HaIbwellengleichströme um die Statorpolwicklungen 147 oder 151 durch einen gleichsinnigen Stromfluß zu erregen. Die Zündfolge der gesteuerten Gleichrichtergruppen lautet bei Rechtslauf des Rotors 120 1-2-3-4 und bei Linkslauf des Rotors 120 4-3-2-1.

Es sei zunächst angenommen, daß die zwei letzten Signalimpulse, die über die Signalimpulseingangsleitung 248 eintrafen, positiv waren und so auf die Kippkreise 260 und 264 einwirkten, daß die Gleichrichtergruppe 292, 294,392 und 394 erregt wurde und der Rotor 120 eine bestimmte Ausgangsstellung erhielt. Es soll jetzt weiter angenommen werden, daß ein weiterer positiver Signalimpuls an der Signalimpulseingangsleitung 248 eintrifft, von der Diode 254 zurückgehalten wird, aber über die Diode 252 den Umkehrkreis 270 erreicht. Dieser auch als Gedächtnis arbeitende Umkehrkr'eis »erinnert«, daß der positive Impuls die gleiche Polarität hat wie der unmittelbar vorangegangene Impuls, so daß er die NOR-Gatter nicht über die Umschalter 306 und 308 verändert, wie es nachfolgend für den Betrieb mit negativen Signalimpulsen beschrieben wird. Der neu in der Signalimpulseingangsleitung 248 eintreffende positive Impuls umgeht daher den Umkehrkreis 270 und gelangt unmittelbar zum Kippkreis 260, der dann seinen Ausgang von der vorangehenden Stellung, bei der der Kippkreis 264 erregt wurde, umschaltet, um den Kippkreis 262 zu erregen. Der letztere ändert nun ebenfalls seinen Ausgang gegenüber der vorangegangenen Stellung (Zündfolgezahl 3), bei der die Gleichrichtergruppe 280,282,380,382 gezündet gewesen war, derart, daß der Ausgangsstrom über das erste NOR-Gatter 272 den ersten Zündkreis der Gleichrichtergruppe 276,278,376,378 erreicht, so daß diese den von der Wechselstromquelle 20 kommenden Wechselstrom gleichrichten und der ersten Gruppe von Polwicklungen 147 zuführen.

Die zur Zündfolgezahl 1 gehörige Gleichrichtergruppe führt die negativen und positiven gleichgerichteten Halbwellenströme aus der Wechselstromquelle 20 den Polwicklungen 147 zu, so daß die erste Gruppe 143 von Statorpolen 144 magnetisiert wird. Durch diese Magnetisierung dreht der Rotor 120 um einen halben Schritt in Uhrzeigerrichtung, da der Statorpol 144 der ersten Gruppe 143 nun ein Südpol ist. Zum gleichen Zeitpunkt gelangt der Strom des ersten Zündkreises geringfügig verzögert vom Kippkreis 262 über den zweipoligen Umschalter 308 zum vierten NOR-Gatter 286, das dann den Kippkreisstrom zum vierten Zündkreis der Gleichrichtergruppe 292, 294, 392, 394 sperrt. Hierdurch werden die haltenden Staterpole 146 der zweiten Staterpolgruppe 145 entregt, so daß der Rotor 120 seinen ersten Schritt im Rechtslauf vervollständigt. Wie zuvor richten sich die Nordpole des Rotors 120 auf die Südpole .144 der ersten Statorgruppe aus und umgekehrt.

Wenn jetzt die Steueranschlüsse der Gleichrichter 276, 278, 376, 378 (Zündfolgezahl 1) über den Ausgang des Kippkreises 262 erregt werden, fließt die negative Halbwelle des Stromes über den Gleichrichter 278 von rechts nach links durch die erste Gruppe von Statorpolwicklungen 147 und dann über den Gleichrichter 276 zur Stromquelle 20 zurück. Die andere Halbwelle läuft über den Gleichrichter 378 und die Statorpolwicklungen 147 und den Gleichrichter 376 zur Stromquelle 20 zurück. Beide Stromkreise speisen somit die erste Statorpolgruppe 144 im Sinne gleicher Polarität.

Jeglicher Stromfluß in entgegengesetzter Richtung wird durch die anderen entsprechend gesteuerten Gleichrichter unterdrückt.

Wenn an der Signalimpulsleitung 248 der nächste positive Impuls eintrifft und über die Diode 252 weitergeleitet wird, während die Diode 254 einen Durchgang zur Leitung 258 verhindert, kommt es erneut zu einer Umgehung des Umkehrkreises 270 und zur Auslösung des Kippkreises 260, der nun seinen Ausgang umschaltet zum Kippkreis 264, der den zweiten Zündkreis der Gleichrichtergruppe 288,290,388,390 erregen kann, so daß die gleichgerichteten negativen und positiven Gleichwellenströme durchlaufen und die Polwicklungen 151 der zweiten Gruppe von Statorpolen 146 erreichen können, um diese Pole mit der gleichen Polarität zu erregen wie die erste Gruppe von Statorpolen 144. Durch diese Erregung bewegt sich der Rotor 120 um einen halben Schritt in Uhrzeigerrichtung weiter in eine die Pole überbrückende Stellung.

Inzwischen fließt der gleiche Zündstrom geringfügig verzögert über den zweipoligen Umschalter 306 zum ersten NOR-Gatter 272, welches alle Steueranschlüsse der Gleichrichtergruppe 276, 278, 376, 378 (Zündfolgezahl 1) sperrt. Hierdurch werden die haltenden Statorpole 144 der ersten Statorpolgruppe entregt, so daß der Rotor 120 nun seinen zweiten Schritt im Rechtslauf vervollständigt, so daß die Rotor-Südpole auf die Stator-Nordpole ausgerichtet gehalten werden, bis der nächste Impuls über die Kippkreise die zugehörigen NOR-Gatter umschaltet.

Wenn nun ein weiterer positiver Impuls an Signalimpulseingangsleitung 248 eintrifft und über die Diode 252 weitergeleitet wird, umgeht dieser Impuls wiederum den Umkehrkreis 270 und bewirkt über den dann umschaltenden ersten Kippkreis 260 und den zweiten Kippkreis 262 eine Erregung des dritten Zündkreises der Gleichrichtergruppe 280, 282, 380, 382. Über diese Gleichrichter werden die gleichgerichteten negativen und positiven Halbwellenströme von links nach rechts der ersten Gruppe von Polwicklungen 147 zugeführt, so daß eine weitere Halbschritt-Rechtsdrehung des Rotors 120 erfolgt. Dieser Schritt wird vervollständigt, wenn das NOR-Gatter 284 den vorerwähnten zweiten Zündkreis sperrt.

Das Eintreffen eines noch weiteren positiven Impulses in der Signalimpulseingangsleitung 248 führt wiederum zu einer Umgehung des Umkehrkreises 270 und zur Umschaltung des ersten Kippkreises 260, der dann den dritten Kippkreis 264 erregt. Der Ausgangsstrom des Kippkreises 264 gelangt zum vierten Zündkreis für die Gleichrichtergruppe 292, 294, 392, 394 (Zündfolgezahl 4). So wird die zweite Gruppe von Polwicklungen 151 von links nach rechts stromdurchflossen und dadurch erregt da die gleichgerichteten Halbwellenströme aus der Wechselstromquelle 20 eine entgegengesetzte Richtung erhalten. Hieraus resultiert wiederum eine Halbschritt-Rechtsdrehung des Rotors 120. Dieser Schritt wird vervollständigt, wenn das NOR-Gatter 274

den dritten Zündkreis sperrt.

Zusammengefaßt ergibt sich also, daß bei Rechtsdrehung des Schrittmotors 14 die aufeinanderfolgenden positiven Impulse an der Signalimpulseingangsleitung 248 hinter der Diode 252 der Reihe nach um den Umkehrkreis 270 herumgeleitet werden, um über die Kipp- ' kreise 260 und 262 oder 264 die vier Schritte des Rotors 120 in Uhrzeigerrichtung zu vervollständigen. Diese Rechtsdrehung dauert so lange an, wie positive Auslöseimpulse über die Signalimpulseingangsleitung 248 und die Diode 252 eintreffen und als solche vom Umkehrkreis 270 erkannt werden. Wie zuvor erwähnt, ist die für einen vollständigen Umlauf des Rotors 120 erforderliche Anzahl von Impulsen gleich der Anzahl der Pole 144 und 146 des Stators 114, der hier als Beispiel doppelt so viele Pole aufweist wie der Rotor 120.

Der auch als Gedächtnis arbeitende Umkehrkreis 270 der F i g. 2, der die Drehrichtung und Reversierung des Rotors 120 so festlegt, daß bei Empfang positiver Signalimpulse eine Rechtsdrehung und bei Empfang negativer Signalimpulse eine Linksdrehung erfolgt, ist ausführlicher in F i g. 3 dargestellt. Der links der Signaleingangsleitung 248 liegende Teil der Erregerschaltung 270 ist der Rechtslaufteil und der rechts der Leitung 248 liegende Teil der Linkslaufteil.

Es soll zunächst der Rechtslaufteil der F i g. 3 betrachtet werden. Ein an der Signalimpulseingangsleitung 248 eintreffender positiver Impuls wird von der nur negative Impulse übertragenden Diode 254 zurückgehalten, doch über die nur die positiven Impulse übertragende Diode 252 zum Eingang eines normalerweise geschlossenen Umschalters 400 übertragen. Der Umschalter 400 überträgt im entregten Zustand den positiven Impuls zum einen Eingang eines ersten Rechtslauf-Binärzählers 402, dessen einer Ausgang über eine aus Kondensator und Diode bestehende Reihenschaltung

403 mit dem einen Eingang eines mit dem ersten Zähler 402 in Reihe geschalteten zweiten Rechtslauf-Binärzählers 404 verbunden ist. Die aktive Ausgangsklemme des zweiten Rechtslauf-Binärzählers 404 leitet den positiven Impuls zum Eingang eines Monovibrators 406 und zur Erregerwicklung des Umschalters 400. Die andere Ausgangsklemme des zweiten Rechtslauf-Binärzählers

404 ist unbenutzt.

In ähnlicher Weise wird ein an der Signalimpulseingangsleitung 248 eintreffender negativer Impuls durch die nur positive Impulse durchlassende Diode 252 zurückgehalten und über die negative Impulse durchlassende Diode 254 zum Eingang eines Umkehrkreises 408 geführt. Der letztgenannte Kreis macht aus negativen Impulsen positive Impulse und leitet diese zum Eingang eines normalerweise geschlossenen Umschalters 410, der dem Umschalter 400 ähnlich ist. Im entregten Zustand des Schalters 410 gelangt der nun positiv gewordene Impuls zum Eingang eines ersten Linkslauf-Binärzählers 412, dessen anderer Eingang mit einem zweiten Ausgang des ersten Rechtslauf-Binärzählers 402 und auch mit einem zweiten Eingang eines zweiten Linkslauf-Binärzählers 414 verbunden ist. Der erste Eingang des Zählers 414 ist mit dem ersten Ausgang des ersten Linkslauf-Binärzählers 412 über eine aus einem Kondensator und einer Diode bestehende Reihenschaltung 413 verbunden, so daß der Zähler 414 mit dem Zähler 412 in Reihe liegt. Die aktive Ausgangsklemme des zweiten Linkslauf-Binärzählers 414 ist mit dem Eingang eines Linkslauf-Monovibrators 415 und auch mit der Erregerwicklung des Umschalters 410 verbunden. Die zweite Ausgangsklemme ist unbenutzt.

Die Ausgänge der Rechts- und Linkslauf-Monovibratoren 406 und 416 sind miteinander und mit den Eingängen der zwei einpoligen Schalter 302 und 304 verbunden.

Die Umschaltkontakte der normalerweise geschlossenen Umschalter 400 und 410 sind im erregten Zustand mit dem Eingang des ersten Kippkreises 260 verbunden, während der Ausgang des Sperrgatters 418 mit den zweiten Eingängen der Schalter 306 und 308 verbunden sind, deren Ausgänge zu den NOR-Gattern 272, 274 bzw. 284,286 führen (F i g. 2).

Für den Umkehrkreis 270 soll zur Beschreibung des Linkslaufes des Rotors 120, d. h. wenn dieser gegenüber der gleichsinnigen Drehung bei alleiniger Zufuhr von positiven Impulsen reversiert werden soll, angenommen werden, daß an der Signalimpulseingangsleitung 248 ein erster negativer Impuls eintrifft. Da dieser erste negative Signalimpuls von der nur positive Impulse durchlassenden Diode 252 zurückgehalten wird, kommt es zunächst zu einer Unterbrechung, so daß die vorangegangenen Rechtslauf-Schrittbewegungen des Rotors 120 aufhören. Es sei ferner angenommen, daß der letzte positive Impuls einen letzten Rechtslauf-Schritt verursachte, bei dem der Rotor 120 durch Erregung des vierten Zündkreises der Gleichrichtergruppe 292, 294, 392, 394 den vierten Schaltfolgeschritt erreichte. Der neu eintreffende negative Impuls, den die Diode 252 zurückhält, wird über die Diode 254 dem Eingang des Umkehrkreises 408 zugeführt, der dann einen positiven Impuls erzeugt und über den normalerweise geschlossenen, gegenwärtig entregten Schalter 410 dem einen Eingang des ersten Linkslauf-Binärzählers 412 zuführt. Nun bewirkt der zweite Ausgang des ersten Binärzählers 412 eine Null-Stellung des ersten und zweiten Rechtslauf-Binärzählers 402 und 404 und ferner eine öffnung des Sperrgatters 418, das so lange offen bleibt, bis es nachfolgend wieder zu einer Unterbrechung kommt. Der Ausgang des Sperrgatters 418 in der Einschaltstellung bewirkt eine Umschaltung der zweipoligen Umschalter 306 und 308 in die entgegengesetzten Schalterstellungen, in denen sie die Steueranschlüsse der Gleichrichtergruppe 276, 278, 376, 378 mit dem zweiten NOR-Gatter 284, die Steueranschlüsse der Gleichrichtergruppe 288, 290, 388, 390 mit dem dritten NOR-Gatter 274, die Steueranschlüsse der Gleichrichtergruppe 280, 282,380, 382 mit dem vierten NOR-Gatter 286 und letztlich die Steueranschlüsse der Gleichrichtergruppe 292, 294, 392, 394 mit dem ersten NOR-Gatter 272 verbinden. Hierdurch wird die Drehrichtung des Rotors 120 vom Rechtslauf auf den Linkslauf umgeschaltet.

Wie zuvor erwähnt, war angenommen, daß der Rotor 120 durch Erregung der Steueranschlüsse der Gleichrichtergruppe 292, 294, 392, 394 in seiner Lage gehalten wird. Die letzterwähnte Erregung der Steueranschlüsse dieser Gleichrichtergruppe führte zuvor zur Unterbrechung am dritten NOR-Gatter 274, so daß der Schalter 306 nun nicht mehr das dritte NOR-Gatter 274, sondern das erste NOR-Gatter 272 sperrt. Hierdurch wird jetzt wieder der dritte Zündkreis der Gleichrichtergruppe 280,282,380,382 aus der vorangegangenen abgeschalteten Stellung erregt, so daß sich die Rotorpole 142 einen halben Schritt im Linkslauf verdrehen können, bis sie in Übereinstimmung mit der zweiten Statorpolgruppe 145 sind. Auf Grund der verzögerten Schaltung am vierten NOR-Gatter 286 bewirkt die vorerwähnte Erregung des Zündkreises der Gleichrichtergruppe 280, 282, 380, 382 eine Freigabe

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des Rotors 120 und ermöglicht eine weitere Drehung um einen halben Schritt im Linkslauf; damit ist der zweite Halbschritt des ersten ganzen Linkslaufschrittes vollendet.

Es soll jetzt weiterhin angenommen werden, daß ein zweiter negativer Impuls an der Signalimpulseingangsleitung 248 eintrifft. Dieser Impuls wird von der Diode 252 zurückgehalten, über die Diode 254 weitergeleitet, im Umkehrkreis 408 in einen positiven Impuls umgewandelt und wiederum über den gegenwärtig entregten Linkslauf-Umschalter 410 zum ersten Linkslauf-Binärzähler 412 geleitet, der dann umschaltet und seinen Ausgang dem zweiten Linkslauf-Binärzähler 414 zuführt. Der Ausgang des letztgenannten Zählers führt zum Linkslauf-Monovibrator 416 und dient auch zur Erregung des Umschalters 410. Im erregten Zustand liefert der Linkslauf-Monovibrator 416 einen Ausgang, der für eine kurze Erregung der normalerweise geschlossenen einpoligen Schalter 302 und 304 sorgt. Hierdurch wird die Verbindung zwischen dem ersten Kippkreis 260 und den zweiten und dritten Kippkreisen 262 und 264 unterbrochen. Der Kippkreis 262 oder 264, je nachdem welcher von ihnen zuletzt durch den Kippkreis 260 erregt war, kommt durch die Stromkreisunterbrechung am Schalter 302 oder 304 nun in seinen anderen Schaltzustand, wodurch eine Umschaltung von Rechtslauf auf Linkslauf erfolgt.

In der Zwischenzeit kommt es durch die momentane Unterbrechung des Ausgangsstromes vom ersten Kippkreis 260 zum dritten Kippkreis 264 am Schalter 304 dazu, daß der dritte Kippkreis in die entgegengesetzte Schaltstellung umschaltet. Jetzt endet die Erregung des vierten Zündkreises der Gleichrichtergruppe 292, 294, 392, 394 und es beginnt eine Erregung des zweiten Zündkreises der Gleichrichtergruppe 288, 290, 388, 390, der nun auch über den ersten zweipoligen Umschalter 306 Strom erhält, während der Stromfluß im dritten Zündkreis der Gleichrichtergruppe 280, 282, 380, 382 unterbrochen wird. Durch die vorstehende Schaltfolge kann der Rotor 120 nun seinen zweiten Schaltschritt im Linkslauf vervollständigen.

Zur gleichen Zeit bewirkt der Ausgang des zweiten Linkslauf-Binärzählers 414 außer der Erregung des Linkslauf-Monovibrators 416 auch die Erregung des Umschalters 410, so daß es zu einer Unterbrechung der Verbindung zwischen dem Umkehrkreis 408 und dem Eingang des ersten Linkslauf-Binärzählers 412 kommt, wobei dann in der durch die Erregung bedingten entgegengesetzten Schaltstellung des Umschalters 410 der Ausgang des Umkehrkreises 408 unmittelbar mit dem Eingang des ersten Kippkreises 260 verbunden wird. Da nun die Umschaltung der Zündfolge vom Rechtslauf zum Linkslauf vervollständigt ist, werden alle nachfolgend an der Signalimpulseingangsleitung 248 eintreffenden negativen Impulse über die Diode 254 weitergeleitet, mit dem Umkehrkreis 408 in positive Impulse umgewandelt und dann unmittelbar über den nach links umgeschalteten Kontakt des nun erregten Umschalters 410 zum Eingang des Hauptkippkreises 260 übertragen, ohne daß sie die Linkslauf-Binärzähler 412 und 414 beaufschlagen, deren Anschlüsse an dem Umschalter 410 unterbrochen wurden.

Es soll nun angenommen werden, daß ein dritter negativer Impuls an der Signalimpulseingangsleitung 248 eintrifft. Dieser Impuls geht über die Diode 254 zum Umkehrkreis 270 und wird im Umkehrkreis 408 in einen positiven Impuls umgewandelt, der nun über den gerade erregten und umgeschalteten Schalter 410 unmittelbar zum ersten Kippkreis 260 gelangt. Der Kippkreis 260 erregt den zweiten Kippkreis 262 (Fig.2) und schaltet ihn von der vorangegangenen Stellung, in der der dritte Zündkreis der Gleichrichtergruppe 280, 282, 380, 382 erregt war, in die entgegengesetzte Schaltstellung, in der der erste Zündkreis der Gleichrichtergruppe 276, 278, 376, 378 erregt wird, wobei außerdem die Erregung des zweiten Zündkreises für die Gleichrichtergruppe 288, 290, 388, 390 unterbrochen wird. Auf diese Weise vervollständigt der Rotor 120 seinen dritten Schaltschritt im Linkslauf.

Wenn nun ein vierter negativer Auslöseimpuls eintrifft und über die Diode 254 den Umkehrkreis 270 erreicht, wird er im Umkehrkreis 408 in einen positiven Impuls umgewandelt, der unmittelbar über den nach links umgelegten Kontakt des Umschalters 410 den ersten Kippkreis 260 erregt. Der Kippkreis 260 schaltet von der Erregung des zweiten Kippkreises 262 zur Erregung des dritten Kippkreises 264 um. Durch den Kippkreis 264 wird der vierte Zündkreis der Gleichrichtergruppe 292, 294, 392, 394 erregt, während zur gleichen Zeit die Erregung des ersten Zündkreises der Gleichrichtergruppe 276, 278, 376, 378 aufhört. Durch diese Schaltfolge vervollständigt der Rotor 120 seinen vierten Schritt im Linkslauf.

Wenn nun jedoch über die Diode 252 durchgelassen und von der Diode 254 zurückgehalten, ein positiver Impuls am Umkehrkreis 270 eintrifft, läuft dieser über den entregten Umschalter 400 und den ersten Rechtslauf-Binärzähler 402 zum Sperrgatter 418, das dann in die »Aus«-Stellung gelangt und dadurch die Schalter 306 und 308 entregt. Durch diese Schaltwirkung kommen alle Schaltverbindungen wieder in die Rechtslaufstellungen und es werden auch gleichzeitig die zwei Linkslauf-Binärzähier 412 und 414 im Umkehrkreis 270 automatisch auf Null zurückgestellt. Durch ihre Entregung kommen die Schalter 306 und 308 in ihre Ausgangsstellungen zurück, in denen der erregte erste Zündkreis der Gleichrichtergruppe 276, 278, 376, 378

den vierten Zündkreis der Gleichrichtergruppe 292, 294, 392, 394, die arbeitende Gleichrichtergruppe 288, 290, 388, 390 die Gleichrichtergruppe 276, 278, 376, 378 und die arbeitende Gleichrichtergruppe 280, 282, 380, 382 die Gleichrichtergruppe 288, 290, 388, 390 verzögert sperren.

Bei der letzten Stellung des Rotors 120 im Linkslauf sorgte der Haltestromkreis des vierten Zündkreises der Gleichrichtergruppe 292, 294,392,394 für die Sperrung des ersten Zündkreises der Gleichrichtergruppe 276, 278, 376, 378, doch hat nun die Entregung der Schalter 306, 308 die erwähnte Sperrung wieder beseitigt. Nun sperrt der vierte Zündkreis der Gleichrichtergruppe 292, 294, 392, 394 den dritten Zündkreis der Gleichrichtergruppe 280, 282, 380, 382 über das dritte NOR-Gatter 274. Durch diese Umschaltung kann der erste Zündkreis der Gleichrichtergruppe 276, 278, 376, 378 wieder Strom führen, so daß der Rotor 120 einen halben Schritt im Rechtslauf ausführt. Der erste Zündkreis der Gleichrichtergruppe 276, 278, 376, 378 sperrt anschließend mit Verzögerung den vierten Zündkreis der Gleichrichtergruppe 292, 294, 392, 394, so daß der Rotor 120 dann seinen ersten Schritt im Rechtslauf vervollständigt.

Es ergibt sich somit, daß die Schalter 306 und 308 die Drehrichtung des Rotors 120 bei den Schrittbewegungen festlegen. Sind die Schalter 306 und 308 durch Empfang von positiven Signalimpulsen über die Diode 250 und den Umschalter 400 entregt, ergibt sich ein

schrittweiser Rechtslauf des Rotors 120, wobei der Steuerstrom gegebenenfalls wiederholt der Reihe nach durch die Zündkreise der gesteuerten Gleichrichtergruppen fließt. Wenn dagegen die Schalter 306 und 308 bei Empfang negativer Auslöseimpulse über die Diode 254, den Umkehrkreis 408 und den Umschalter 410 durch das Einwirken des Umkehrkreises 270 erregt werden, ergibt sich ein schrittweiser Linkslauf des Rotors 120, wobei der Steuerstrom gegebenenfalls wiederholt der Reihe nach durch die Zündkreise der gesteuerten Gleichrichtergruppen fließt. Bevor jedoch die ersten, zweiten und dritten Kippkreise 260, 262 und 264 normal arbeiten können, muß der zweite oder dritte Kippkreis 262 oder 264 (je nachdem welcher von beiden als letzter betätigt wurde) durch die NOR-Gatter 272, 274, 284, 286 und durch den Umkehrkreis 270

zurückgestellt werden.

Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß zwei aufeinanderfolgende Impulse gleicher Polarität erforderlich sind, um die gegenüber der durch die vorangegangenen Impulse entgegengesetzter Polarität hervorgerufene Drehrichtung des Rotors 120 zu reversieren. Der erste Signalimpuls einer entgegengesetzten Polarität betätigt den ersten Binärzähler in der zugehörigen Schaltungshälfte und bewirkt eine Nullstellung des ersten und zweiten Binärzählers der gegenüberliegenden Schaltungshälfte. Der zweite zugehörige Signalimpuls kann nun auf den zweiten Binärzähler der gleichen Schaltungshälfte einwirken und bereitet die Schaltung für einen nachfolgenden unmittelbaren Durchgang weiterer Impulse gleicher Polarität vor.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Reversierbarer Schrittmotor mit ausgeprägten, magneterregten Statorpolen und ihnen gegenüberliegenden Rotorpolen mit umfangsmäßig wechselnder Polarität, mit einer von zwei unabhängigen Erregerkreispaaren erregten Statorpolwicklung, deren Polzahl ein Mehrfaches, mindestens aber das Doppelte der Rotorpolzahl beträgt und die in zwei getrennt voneinander in beiden Stromrichtungen erregbare, über den ganzen Umfang verteilte und gleichmäßig ineinander verschachtelte Wicklungsgruppen gegliedert ist, innerhalb welcher durch entgegengesetzten Wicklungssinn aufeinanderfolgende Polwicklungen bei gleichsinniger impulsmäßiger Erregung wechselnde Polaritäten der Statorpole aufeinanderfolgen, wobei die Schrittfolge im l-(2)-1 = Rhythmus in der Weise erzielt wird, daß in zwei aufeinanderfolgenden Schritten benachbarte Pole unterschiedlicher Wicklungsgruppen zunächst gleichsinnig erregt sind und daraufhin der in Drehrichtung liegende Pol erregt bleibt, während der entgegen der Drehrichtung liegende Pol entregt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine die unabhängigen Erregerkreispaare enthaltende elektronische Erregerschaltung (220) einen Umkehrkreis (270) enthält, dem von einem Impulsgeber Einzelimpulse verschiedener Polarität zugeführt sind, die jeweils die Drehrichtung des Schrittmotors (14) festlegt.

2. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen von Statorpolwicklungen (147, 151) über impulsgesteuerte Gleichrichter erregt sind.

3. Schrittmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Gleichrichter Kippkreise (260,262,264) und Binärzähler (402,404, 412,414) vorgesehen sind.