DE1638104C2 - System zur Umwandlung digitaler elektrischer Steuersignale in diskrete, abgestufte Winkelbewegungen in einem mehrphasigen elektrischen Schrittmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Umwandlung elektrischer digitaler Steuersignale in diskrete, gestufte Winkelbewegungen in einem mehrphasigen elektrischen Schrittmotor, wobei die elektrischen Steuersignale eine Serie von Impulsen, von welchen jeder einer Stufe der gewünschten Winkelbewegung entspricht, sowie ein Richtungssteuersignal umfassen und diese Steuersignale einem aus logischen elektronischen Elementen aufgebauten Translatorkreis zugeführt werden, welcher eine Anzahl von digitalen Ausgangssignalen erzeugt, die zum Antrieb der jeweiligen Phasen des Schrittschaltmotors dienen.

Eine derartige Anordnung ist bekannt (französische Patentschrift 1379 471).

Elektrische Schrittschaltmotorsysteme sind in einer Anzahl von Bereichen anwendbar, von welchen einer die numerische Positionssteuerung von Werkzeugmaschinen ist. In allen Anwendungsgebieten dient der elektrische Schrittschaltmotor als eine Art Digital-Analog-Umwandler, in welchem eine elektrisch, in Impulsform zugeführte Eingangsinformation in eine diskontinuierliche analoge Stellung der Aus-, gangswelle umgewandelt wird.

Die dem elektrischen Schrittschaltmo'orsystem zutieführtcn digitalen Steuersignale umfassen eine Serie

ίο von Eingangsbefehlsimpulsen, von welchen jeder eine Stufe einer gewünschten Winkelbewegung darstellt, und ein Richtungssteuersignal, welches eine von zwei Bedingungen aufweisen kann, beispielsweise Vorhandensein oder Fehlen, und welches die Richtung der Drehbewegung des elektrischen Schrittschaltmotors steuert. Die Geschwindigkeit des Schrittschaltmotors wird durch die Frequenz der zugeführten Impulse bestimmt, und der Drehwinkel der Motorauseangswelle entspricht der Summe der empfangenen Impulse. Falls kein Impuls vorhanden ist, wird der Motor durch ein elektromagnetisches Feld oder durch eine mechanische Arretiervorrichtung stationär gehalten.

Ein bekannter elektrischer Schrittschaltmotor ist

a5 ein Drei-Phasf η-Motor, d. h. ein Motor, welcher einen Rotor umfaßt, der eine gewisse Anzahl (/?) von Polen und drei Statoren aufweist, von weichen jeder die gleiche Polzahl (n) besitzt. Die drei Statoren sind im Winkel zueinander versetzt angeordnet, so daß ein Statorpol auf jeweils ein Drittel des Polabstandes des Rotors trifft. Der Motor wird durch aufeinanderfolgende Erregung der drei Phasen betätigt, welche durch die drei getrennten Statoren geschaffen werden, und der Motor wird durch Wechsel der Aufeinanderfolge der Erregung der Phasen umgesteuert. Die aufeinanderfolgende Erregung der einzelnen Phasen wird durch einen elektronischen logischen Kreis bewirkt, welcher als Translatorkreis bekannt ist. Desgleichen sind auch 4-, 5- und m-phasige Motoren einschließlieh ihrer logischen Steuerschaltungen bekannt (Elektronik, 16. Jg., 1967, H. 1, S. 1 bis 6; französische Patentschrift 1379 471).

Elektrische Schrittschaltmotoren sind in ihrer Anwendung insbesondere durch die maximale Schrittfrequenz, auf welche sie ansprechen, begrenzt. Die maximale Schrittfrequenz des Motors kann bekanntlich durch Steigerung der Phasenzahl erhöht werden. Die Erhöhung der Phasenzahl bei elektrischen Schrittschaltmotoren bringt jedoch zwangläufig eine Steigerung der Kompliziertheit des Translatorkreises mit sich, welcher für den Betrieb des Motors notwendig ist (vgl. französische Patentschrift 1 379 471).

Als Anzeichen für die Steigerung der Kompliziertheit des Translatorkreises bei der Erhöhung der Phasenzahl eines elektrischen Schrittschaltmotors kann gelten, daß im Vergleich mit einem Translatorkreis zum Betrieb eines dreiphasigen Schrittschaltmotors der fünfphasige einen Translatorkreis erfordert, bei welchem die Anzahl der logischen Elemente um wenigstens 50 V» erhöht ist.

Es hatte bisher den Anschein, daß eine Steigerung der Phasenzahl eines elektrischen Schrittschaltmotors unabweislich zu einer Steigerung der Kompliziertheit des Translatorkreises führen müsse. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem elektrischen Schrittschaltmotor höhere Schrittfrequenzen zu erreichen und hierbei mit einem Translatorkreis auszukommen, welcher weniger kompliziert ist als

3 ' 4

der Translatorkreis, welcher für bisher hergestellte von weiteren Schaltelementen, um einen elektrischen

elektrische Schrittschaltmotoren mit fünf Phasen he- Schrittschaltmotor mit sech:, Phasen anzutreihen.

nutzt wurde. welcher die Eigenschaft besitzt, sehr viel höhere

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Schrittfrequenzen aufnehmen zu können als ein his-

Umwandlungssystem erfindungsgeniliß gelöst durch 5 her bekannter oder verfügbarer elektrischer Schritt-

die Verwendung eines sechsphasigen Schrittschall- spaltmotor. Die Anwendung eines sechsphasigen

motors und eines zum Antrieb eines dreiphasigen Schrittschaltmotors wird für sich nicht zum Schutz

Schrittschaltmotors geeigneten dreiphasigen Aus- beansprucht.

gangs-Ttanslatorkreises, dessen digitale drei Aus- Die zum Antrieb eines elektrischen Schrittschalt-

gangssignale zusammen mit ihren Komplementen zur ία motors verwendete Erregungs- oder Antriebsfi.ige

Erregung der sechs Phasen des elektrischen Schritt- kann ausgedrückt werden durch die Anzahl von Spu-

schaltmotors in der Weise verwendet sind, daß drei len, welche zur stufenweisen Drehung des Motors

jeweils nicht voneinander abgeleitete, im Winkel auf- erregt werden. Beispielsweise kann ein dreiphasiger

einanderfolgende Fhasen des Schrittschaltmotors bei Schrittschaltmotor in der Folge 2-1-2-1-2 erregt wer-

jedem Arbeitszustand des Translatorkreises erregt 15 den. bei welcher die Stillstandsstellungen des Rotors

^sind· abwechselnd durch zwei oder eine erregte Phase he-

Es ist zwar bei Schrittmotorsteuerungen durch die stimmt werden (vgl. die deutsche Patentschrift 250 672

deutsche Auslegeschrift 1 148643 bereits bekannt. oder »Elektronik«, 1967. H. 1. S. 2, Abs. 1.1). Wenn

ein vierphasiges System von einer Zweiphasen- die drei Phasen A, B unc* C sind, so können deshalb

Wechselstromquelle dadurch zu speisen, daß jeder 20 die in der ersten Stillstar ',stellung erregten Phasen

von jeweils zwei nicht benachbarten Phasen des Mo- die Phasen A und B sein, so daß der Rotor mitten

tors ein Gleichstrom zugeführt wird, der durch zwischen den Positionen der Phasen A und B still-

Gleichrichtung in der gleichen Wechselstromphase steht. Wenn die Erregung von A dann beendet ist.

(die eine sinusförmige oder eine rechteckförmige wird sich der Rotor in eine Stellung bewegen, welche

Kurvenform haben kann) gewonnen wird. Für jede 25 der Phase ß gegenüberliegt, und dies ist die zweite

der beiden nicht benachbarten Phasen des Motors Slülstandsposition. Die dritte Stillstandsposition wird

erfolgt die Gleichrichtung jedoch im entgegengesetz- erreicht durch die zusätzliche Erregung der Phase C

ten Sinn. Das entspricht einer Invertierung des jeweils so daß der Rotor in eine Stellung gebracht wird,

einen durch die eine Polarität gekennzeichneten Teils welche in der Mitte zwischen den Positionen der

der Kurvenform der Wechselstromphase. Eine solche 30 Phasen B und C liegt, usw.

Invertierung des durch die eine Polarität gekenn- Eine andere Folge, in welcher ein dreiphasiger zeichneten Teiles eines bipolaren Signals ist jedoch elektrischer Schrittschaltmotor erregt werden kann, zu unterscheiden von der Bildung des Komplementes ist die 2-2-2-2-Folge. Nach dieser Betätigungsweise zu einem digitalen Signal (das im Idealfall ein Recht- sind stets zwei Phasen des dreiphasigen elektrischen ecksignal ist), wie es die erfindungsgemäße Lösung 35 Schrittschaltmotor erregt, wobei aufeinanderfolgende ganz allgemein vorsieht. Es ist jedoch in besonderen, Stillstandspositionen durch AB, BC, CA usw. bevon der Signalform abhängenden Fällen möglich, daß stimmt werden. Zum Antrieb einei sechsphasigen die Invertierung und die Komplement-Bildung im elektrischen Schrittschaltmotors könnte ein dreiphavorliegenden Anwendungsfall zu dem gleichen Er siger Translatorkreis, welcher für diese Betriebsweise gebnis führen. Unabhängig davon gibt die bekannte 40 eines dreiphasigen elektrischen Schrittschaltmotors Schrittmotorsteuerung jedenfalls keine Anregung für geschaffen ist. ohne irgendwelche Änderungen angedas zweite Merkmal der erfindungsgemäßen Lösung, wandt werden, aber er würde den Rotor des sechsnämlich jeweils drei nicht voneinander abgeleitete. phasigen elektrischen Schrittschaltmotors um den im Winkel aufeinanderfolgende Phasen des sechs- doppelten beabsichtigten Schrittwinkel bewegen. Die phasigen Schrittschaltmotors bei jedem Arbeitszu- 45 vollen Vorteile der Anwendung eines sechsphasigen stand des Translatorkreises zu erregen. elektrischen Schrittschaltmotors würden deshalb nicht

Der Fortschritt auf dem Gebiet der Antriebssysteme verwirklicht, wenn dieser dreiphasige Translatorkreis

mittels elektrischer Schrittschaltmotoren liegt darin. verwendet würde, weil der Translatorkreis tatsächlich

daß für die erhöhte Phasenzahl des elektrischen den sechsphasigen elektrischen Schrittschaltmotor

Schrittschaltmotors eine Auswahl von sechs die Mög- 50 wie einen dreiphasigen Schrittschaltmotor antreiben

lichkeit bietet, dreiphasige Ausgangssignale wirksam würde. Die Wirkung würde jedoch besser sein, als

zu verdoppeJn, um die sechs Phasen des elektrischen wenn der Translatorkreis zusammen mit einem drei-

Schrittschaltmotors durch Verwendung sowohl der phasigen elektrischen Schrittschiitmotor verwendet

Komplemente der dreiphasigen Ausgänge als auch würde, weil das zur Bewegung des Rotors des sechs-

dieser Ausgänge selbst anzutreiben. Der in Zusam- 55 phasigen elektrischen Schrittschaltmotors entwickelte

menhang mit der vorliegenden Erfindung zur Ablei- Drehmoment doppelt so groß ist wie das in einem

tung der dreiphasigen Ausgangssignale angewandte durch den gleichen Translatorkreis angetriebenen

Ausgangs-Translatorkreis kann als Drei-Phasen- dreiphasigen elektrischen Schrittschaltmotor ent-

Translatorkreis angesprochen werden, aber in diesem wickelte Drehmoment.

Zusammenhang wird der Ausdruck »Drei-Phasen- 60 Eine dritte Art der Betätigung eines dreiphasigen

Translatorkreis« benutzt, um einen Translatorkreis elektrischen Schrittschaltmotors liegt zwischen den

zu bezeichnen, welcher spezifisch zum Antrieb eines beiden bereits beschriebenen Methoden, und die Er

elektrischen Schrittschaltmotors mit drei Phasen be- regerfolge dieser Betriebsart wird dargestellt durch

stimmt ist. Der dt* Erfindung zugrunde liegende Ge- 2-(l)-2-(l)-2 usw. Die Stillstandsposition einer jeden

danke ermöglicht es, einen solchen Drei-Phasen- «5 Motorphase wird noch durch die Erregung von zwei

Translatorkreis ajtzuwenden, und zwar ohne irgend- Phasen bestimmt, aber es tritt hierbei eine Zwischen-

welcbe Änderung oder Abwandlung, lediglich unter stufe auf, in welcher nur eine Stufe erregt ist, und

Hinzufügung einer vergleichsweise geringen Anzahl diese Zwischenstufe ist nur für die Dauer des Ein-

ijangsimpulses vorhanden. Mit dieser Betriebsweise Lines dreiphasigen elektrischen Schrittschaltmotor sind gewisse Vorteile verbunden im Vergleich mit der Z-I-Z-I-Z-Metlindc. bei weither di.r Rotor die Nc:- 'june besitzt, die 1-Position /u überlaufen und um diese f'osition zu schwingen, he vor er zum Stillstand kommt. Wenn die 1-Position nur eine Zwischenstufe ist. kann dem Rotor gestattet werden, die I-Position /u überlaufen und dann in die nächste 2-PoMtion in Stillstand gezogen zu werden und zwar durch eine genaue Auswahl des Zeitpunkte¹·, bei welchem die niichstc Phase erregt wird.

Fun fur diese Betriebsweise eines dmphasig;ti elektrischen Schrittschaltmotor bestimmter dreiphasiger Translatorkreis kann in Zusammenhaut! mn di.r ¹ orlicgenden Erfindung /um Antrieb eines sechsphasigen elektrischen Schrittschaltmotors nur durch die Ergänzung eines einfachen binären Trigger-Kreises verwendet werden, um die FiingangsimpuN-iolge durch 2 zu teilen. be\or die Impulse in den dreiphasigen Translatorkrcis einuespeist werden. D;is nachfolgend in Übereinstimmung mn der vorliegenden Erfindung beschriebene und dargcstellie besonvlere S\ stern im ein Sv stern dieser Art.

Der Lntwurf eines Translatorkreises. welcher drei Ausgangssignale und ihre Komplemente liefert, ist eine vergleichsweise einfache Aufgabe für den F.lektronik-lngenietir. welcher mn den verschiedenen \crfüghaten logischen F lementen und mit den Methoden und Formeln zum Aufbau eines Schaltkreises unter Verwendung dieser verfügbaren Flemente fur eine liestimmte Aufgabe vertraut ist.

Als F.rgebnis der erfindungsgemäßen Auswahl von sechs Phasen für den elektrischen Schrittschaltmotor gibt es einen weiteren Vorteil, welcher mn Vorwiderständen in Verbindung steht, welche in den erregten Kreisen für jede Motorpluse vorgesehen sind. Einen VorvviderMand vorzusehen, ist bei bekannten elektrischen Schriuschaltmotoren üblich und notwendig (vgl. VDI-Zeitschrift 107 |19fi?|. S. 176. Bildft). weil zum Erreichen hoher Schrittgeschwindigkeiten der Strom durch die eine Phase des elektrischen Schrittschaltmotor darstellende, jeweilige Spule seinen Höchstwert in einer Zeitspanne erreichen mui3. welche so kurz wie irgendwie durchführbar sein mulv Weil die Zeitkonstante des erregten Kreises von der Induktivität und dem Widerstand der Spule oder Motorwicklung abhängig ist. wird der Vorwiderstand eingeschaltet, welcher einen bis zu zehnmal größeren Wert besitzen kann als der Widerstand der Spule selbst. Ein Hochlastwiderstand dieser Art ist eine sperrige Einzelheit und ist im Vergleich mn den meisten anderen Elementen des Kreises und insbesondere mit den anderen in der elektrischen Schaltung des Systems verwendeten Widerständen teuer Es war bisher «blich, einen Vorvviderstand für jede Phase des elektrischen Schrittschaltmotor zu verwenden.

Die Erfindung ermöglicht es jedoch, die Phasen

Fiel einen Querschnitt durch einen scchsphasi-Een elektrischen Schrittschaltmotor, wobei derSchni't iuriL> u-cT Rotationsachse des Motors verlauft.

Γ ι g. 2 schematisch eine Anordnung dei sechs Phasen des seehsphasieen elektrischen Schrittschaltmotors nach F i g. 1.

Fig. 3 ein logisches l_ nd-Nichi-FUcmcnt. welches /um Antrieb des sechsphasigen elektrischen Schrittschaltmotors nach den F^: i g. 1 und 2 anwendbar ist. F i c. 4 ein Zeitdiagramm, in welchem die elektrischen Steuersignale, die Eingangssignal zum Translatorkreis und die Ausgangssignale, welche aus dem Translatorkreis erhalten werden und zum Antrieb der sechs Phasen des elektrischen Schrittschaltmotors verwendet werden, dargestellt sind.

F" i g. 5 eine schematische Darstellung eines erlindungsgcmaBen S\stems zum Umwandeln elektrischer digitaler Steuersignale in diskrete, abgestufte Winkelbewegung unter Verwendung des Translatorkreises nach F i g. 3 in Verbindung mit einem sechsphasigen elektrischen Schrittschaltmotor nach Fig. »1. wobei die Anordnung entsprechend dem Zeitdiagramm der Fig. 4 wirksam wird.

F^:ig. .· schemalisch ein System zum Umwandeln elektrischer digitaler Steuersignale in diskrete, gestufte Winkelbewegungen unter Verwendung eines dreiphasigen elektrischen Schrittschaltmotors und des F"ransl;»!orkrei<es naeh F- 1 g. 3.

F^: 1 g. 7 d;e Schaltelemente des bekannten Stron;-Verstärkers, welcher in Blockform in den T" 1 ü Γ und ft dargestellt ist und

F i g. S einen doppelten Stromverstärker, welche; verwendet werden kann, um ein Paar der in F^:i c. ^; gezeigten Stromverstärker zu ersetzen.

In der Zeichnung sind gleiche oder ahnliche 'I'ere durch gleiche Bezugs/eichen gekennzeichnet.

In den F 1 g. 1 und 2 wird ein sechsphasiger elektrischer Schrittschaltmotor im allgemeinen durch das Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Der Motor 1 besitz! eine Ausgangswelle 2. welche einen Rotor 3 tragt. der zwei Paare von Polen 4 besitzt (wie es schematisch in F^: i g. 2 gezeigt ist), wobei der Rotor 3 mit de ι Ausgangsweüe 2 frei in Wälzlagern 5 drehbar ;M. Innerhalb des Gehäuses 6 des Schrittschaltmotor!· 1 λ; sind sechs axial mit Abstand voneinander a.'ceord nete Sunnrgrupnen 1 befestigt, von weichen jede eine eigene Wicklung 8 besitzt. Jede Wicklung erregt jeweils eine der sechs Phasen, weiche durch die Be zugszeichen A.A. D. ~B. C. Γ aus nachfolgend nocl so ersichtlichen Gründen bezeichnet sind. In Fig. 1 und 2 sind die sechs Wicklungen 8 konzentrisch zurr Rotor 3 angeordnet und bei Erregung erzeugen su den in Fig. 1 dargestellten Magnetfluß. Jede Stator gruppe 7 besitzt zwei Paare von Polen 7a. weicht schematisch in F i g. 2 dargestellt sind, und die Poii der einzelnen Statorgruppen A. /T, B. Ή, C. C* sine phasen\erschoben im Abstand von einem Sechste des Polabstandes in der Reihenfolge A. B. Γ. /Τ. Β. Γ wie in F 1 e. 2 gezeigt. In der Praxis sind mehr al'

des elektrischen Schrittschaltmotors. welche durch 60 zwei Polpaare auf den Statorgruppen 7 und dem Ro einen Ausgangsimpuls und sein Komplement erregt tor 3 vorgesehen, jedoch sind in Fi e. 2 nur zwei Po! werden und weiche deshalb niemals gleichzeitig er- paare dargestellt, um die Übersichtlichkeit der sehe regt werden, parallel zueinander anzuordnen -ind den manschen Darstellung zu fördern. Die Drehung de

elektrischen Schrittschaltmotors wird durch die" ma gnetische Anziehung zwischen den Polen 7« de Statorgruppen 7 und den Rotorpolen 4 bewirkt. Dre

Paraüclkrcis in Serie mit dem Vorwiderstand /u schalten.

An Hand der Beschreibung eines in tier Zeichnung dargestellten Ausfülmingsbeisptek der Erfindung wird diese näher erläutert. Es zeigt

der Spulen 8 sind immer gleichzeitig erregt. Falls di Phasen Γ. A und B zusammen errcet werden, win

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der Rotoi 3 eine Stellung einnehmen, in welcher seine die I mkchrungen oiler Komplemente 7... 7,,. 7, der

Pole 4 zu den Polen des Stators,·! ausgelichtet sind. Ausgangssignale /„. /,,. 7, vorhanden, und gemäß

wie in F i g. 2 dargestellt. Wird die F.rregimg dei de: vorliegenden Fit'unlting weiden die sechs Au--

Phase C beendet und gleichzeitig die Phase ( erregt. gange 7,. /„. /,·,. Z,,. 7,. 7, nach geeigneter Yersuir-

Si- w ml der Rotor 3 veranlaßt, sich im l'hr/eisiersinne 5 kling dazu veiwendet. die sechs Phasen des Schnll-

zu bewegen, so daß sich seine Pole 4 zu ilen Polen schalur.olors 1 i'iizutrcibcn. Der Ausgang Z₁₁ ist mit

des Stators/J ausrichten. Man crMc'it daraus, daß/um der Spule 8 verbunden, welche als Phase A des

riehen des Motors im rhr/eiger-i;m die notwendige Motors bezeichnet ist. der Ausgang Z₁, mit der

olgc der KiTCgUMg der Spulen 8 wie folg! ist: Spule 8. welcher aK Phase A des Motors bezeichnet

ίο ist. usw.

(Al), ABC. TkA. (Ali. Ä!iC. IWA. C Aft Vm ik;; Drei-Phasen-Ί iansialorkreis9 nach F i g. 3

dem Antrieb des sechsphasigcti elektrischen Schritt-

I in ilen Motor in einer dem l'her/eigerMiin ent schaltmotors I anzupassen, ist es erforderlich, aus

tegengeseizten Richtung zu drehen, werden die Spu- dem Eingangssignal / ein Zwischensignal / (Fig. 41

:n 8 wie folgt erregt: '5 mit einer Frequenz abzuleiten, welche gleich dei

(ΆΠ IWA. AIW. (-AH. IUA. Alk. CAB '¹J¹¹/'^{0 dcr} *™\»™'- «J« Eingangssignals ist. D,e

Ableitung eines neuen Antnebssignals ist notwendig.

Die Drehung des Motors wird von einer Steuer- weil der dreiphasige Translatorkreis 9 nach F i g. 3 so

Schaltung oder einem Tianslalorkreis gesteuert, wcl- konstruiert ist. daß die Dauer der Impulse des

ther die Einuangssteuei impulse in die Ausgangs- 20 Signals / die Zeitspanne bestimmt, wählend welcher

Impulsfolge zur Frregung der sechs Phasen des eine einzelne Phase eines dreiphasigen clekliischen

Jiehrillsehaltmolors umwandelt. Sehiit'schaltmotors erregt wird. Beim Kreis 9 kann

F i g. 3 zeigt einen Translaloikreis 9, welcher zum ohne Verlust der Winkclbe/ielumg die Erregungs-

Antrieb des Motors 1 verwendet werden kann und reihenl'olge umgekehrt weiden.

welcher die Möglichkeit bietet, die Friegerlolge 25 In F" ig. 5 ist im Blockschaltbild ein vollständiges

"-einer Ausgangsimpulse umzukehren, ohne die Win- ertindungsgemäßes System dargestellt, welches den

i.elbezielumg zu verlieren. Die Fingangsstcuersignale TranslatorkreK 9 nach Fig. 3 umfaßt. Das Eingangs-

Fesiehen aus zwei Signalen / und />. deren Form in signal / witd direkt aiii einen binären Triggerkreis 10

I 1 u. 4 dargestellt ist. I ist ein Einuaniissignal. welches übertragen, welcher eine einfache Auszählvornchtuiii: aus einer Reihe von Impulsen besteht, von welchen 30 mit dem t hcisetzimgsvcrhältnis 2 ist. in welchem dei leder einen Schritt der gewünschten Ausgangsvei- Ausgang seinen Zustand mit der ansteigenden oder •chiebiiiii, d.iiMcHi. während Π ein Steuersignal iüi vorderen kau;,: Lines jeden Lmgangsimpulses des die Richtung darstellt, welches die Folge festlegt, in Signals / wechsel! Der binäre FriggerkrcK 10 teil; weichet die Phasen erregt werden und welches damit somit das Eingangssignal / durch 2. um das Signal i tlie Richtung der Ausgangsverschiebung, d.h. die 35 zu erzeugen, welches bei dei in F i g. 3 und 5 mit / Drehrichtimg der Aiisgangsvvelle. festlegt. In dieser bezeichneten Stelle dem dreiphasigen 1 -aiislatoi ■ Beschreibung bedeutet ein Querbalken über einer kreis 9 zugeführt wird.

^II ingangs- oder Ausgangs-Veränderlichen immer ein Dem dreiphasigen Translatoikreis 9 werden außerkomplement. so daß beispielsweise das Sienal 75 das dem die Signale Π und D zugeführt. Die Auscäime Komplement des Signals I) darstellt. Beide Signale /) »o 7,. /,, und 7, werden zusammen mi; ihren Kompleimd 75 werden dem Translatorkreis 9 der Fig. 3 /u- menten Z₁. Z₁, und 7, aus dem Translatorkreis 9 sammen mit einem später erläuterten Simial / /line- gewonnen und werden nach Verstärkung in Siromiüllit. verstärkern II den entsprechenden Phasen des seihs-

Der Translatorkreis 9 nach F i g. 3 ist aus achtzehn phasigen Motors 1 zugeführt.

logischen Und-Nicht-Toren 1 bis 18 gebildet und 45 In dem Zeitdiagramm nach F" ig. 4 ist die Dauei »lazu bestimmt, drei Ausgaiiizsimpulse Z₀. Z,, und 7, der Ausgangsimpulse und demzutolcc die Dauer dei iu liefern. Diese werden paarweise mit einem Zvvi- Komplemente der Ausgangsimpulse gc/eiut. wöbe tchcnzustand erzeugt, in welchem nur ein Ausgangs- die die eine Richtung der Drehbewegung der Aussignal erzeugt wird. Die Ausgangsimpulse stehen in gangswelle 2 des Motors I steuernde Fofec auf dei der Reihenfolge 50 linken Seite des Zeitdiagramms gezeigt ist. wahrem

Z_hZ Z Z Z Z Z Z Z, Z₁Z ^{cnc liir ι}'^{οπ ;in}^^oren Zustand des Richtungsstcuei

' ' ' ' ' signals/) bestimmte Frregungsfolgc der Auseanc-

für einen Wen des Richtungssteuersignals D zur Yer- impulse in der rechten Seite des Zeitdiagramms ik\

fügung und in der Reihenfolge F i g. 4 gezeigt ist. Man erkennt, daß zu jeder Zei

Z_hZ_}. Z₁,. Z Z₁. Z Z Z Z. Z₁,/., ^{55 circ}' Ph'^1Sl-"n des elektrischen Schrittschaltmotor'

erregt sind.

für den anderen Wert des Richtungssteuersignals. Zu Vereleichszwecken ist in F i °. 6 ein ecnai

Tatsächlich ist der Zustand des f ranslatorkreises 9 vergleichbares System zum Antrieb eines dreiphasi_2er der Fig. 3. in welchem nur ein Ausgangsimpuls elektrischen Schrittschaltmotors Xa gezeigt. Die zuerzeug! wird, eine Übergangsstufe zwischen zwei 60 sätzlichen Schaltungselemente, welche vorgesehen Zuständen, beispielsweise zwischen den Stufen Z,,Z_ir worden sind, um den sechsphasieen elektrischen Z₁,Z₁. welche durch aufeinanderfolgende Impulse des Schrittschaltmotor I entsprechend der Ausführungs-F.ingangssignals / bestimmi werden. Der Translator- form der Erfindung anzutreiben, besteht nur aus dem kreis nach Fig. 3 ist deshalb im wesentlichen drei- binären Triggerkrcis 10 und drei zusätzlichen Strom· phasig und ist für die Folge 2. (II. 2. (I). 2 der Er- 65 verstärkern II.

regung eines dreiphasigen elektrischen Schrittschalt- Zwei der Stromverstärker 11. welche von her

motors ausgelciil. kommlicher Art sind, sind in F i 2. 7 üczeim. rj_a,

Es Mild jedoch in dem Kreis nach F 1 >:. 3 auch Signal/ aus dem Translatorkreis 9 wird der Basi

eines Transistors 12 zugeführt, welcher in Serie mit der Spule 8 der jeweiligen Phase des elektrischen Schrittschaltmotor 1 geschaltet ist. wobei die Induktivität und der Widerstand der Spille 8 in F i g. 7 getrennt dargestellt sind. Ebenfalls in Serie mit dem Transistor 12 und der Spule 8 verbunden ist oin Vorwiderstand 13, welcher beispielsweise einen zehnmal so großen Widerstand besitzen kann wie die Spule 8. FJn Kondensator 14 und ein Widerstand 15 sind dem Transistor 12 parallel geschaltet, um die induzierte Spannung zu begrenzen, welche heim Abschalten am Transistor 12 auftritt, so i!aß eine Zerstörung des Transistors 12 verhindert wird.

Der Vorwiderstand 13 wird vorgesehen, um die Zeitkonstantc des Kreises zu verringern, welche von der Induktion und dem Widerstand der Spule 8 abhängt, so daß der durch die Spule 8 fließende Strom seinen Maximalwert in der kürzest möglichen Zeit erreicht. Der Vorwiderstand ist deshalb ein wesentlicher Bestandteil des in Fig. 7 dargestellten Stromverstärkers. Im Schaltungssystem der Fig. 7 ist für jede Phase des elektrischen Schrittschaltmotor 1 ein Vorwiderstand 13 vorgesehen, wie dies bisher bei bekannten elektrischen Schriuschaltmotoren der Fall war.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann bei einem Schaltungss\ stern nach Fig. 7 eine Kostensenkung erreicht werden, indem zwei Stromverstärker 11 durch einen doppelten Stromverstärker 16 ersetzt werden, welcher in F i g. S gezeigt ist. Denn in dem crfindungsgcmäßcn System, bei welchem ein scchsphasigcr elektrischer Schrittschaltmotor 1 verwendet wird, bei welchem die Ausgangsimpulse und die Komplemente der Ausgangsimpulse zum Antrieb zweier Phasen verwendet werden, tritt das Antriebssignal, welches jeweils einen Ausgangsimpuls und sein Komplement umfaßt, niemals gleichzeitig aul, so daß die Anzahl der Vorwiderständc 13. welche vergleichsweise teuere und viel Raum in Anspruch nehmende Elemente der Steuerschaltung sind, verringert werden kann. Bei dem doppelten Stromverstärker 16 sind die Transistoren 12, welche das Ausgangssignal Z₁₁ und sein Komplement Z₁, verstärken, in einer Parallelschaltung verbunden, welche zugleich die jeweiligen Spulen 8 mit einschließt. Ein einfacher Vorwiderstand 13 ist in Serie mit dem Parallclkreis verbunden, welcher in jedem Zweig einen Transistor 12 und eine Spule 8 umfaßt.

Bei der beschriebenen Ausführungsform der FiTmdung, welche den dreiphasigen Translatorkreis 9 der F i g. 3 umfaßt, mußte ein Signal/ mit einer vom Eingangssignal / verschiedenen Frequenz erzeugt werden. Wenn man jedoch einen dreiphasigen I r;;ivlatorkreis verwendet, welcher zum Antrieb eines ίο elektrischen Schrittschaltmolors konstruiert ist. bei welchen die Folge der Erregung der Phasen 2. 1.2. I. 2 ist. kann der Translatorkreis ohne die Hinzulügung irgendwelcher weiterer Elemente verwendet werden, und der Schritt zur Ableitung des Signals T kann vermieden werden. Die Steuersignale / und /) der F i g. 4 werden einem solchen Translatorkreis direkt zugeführt, und /war zusammen mit T). und die sechs Ausgangsimpulse werden verstärkt und den sechs Phasen des Motor zugeführt.

Jede Phase des sechsphasigen elektrischen Schriitschaltmotors wird eine längere Zeit erregt als die Phase eines dreiphasigen elektrischen Schrittschaltmotor. Demzufolge steht der Strom in jeder Phase des Motors eine längere Zeit an. und auf den Rotor wird ein wirksameres Drehmoment übertragen.

Weil drei Phasen des sechsphasigen elektrischen Schrittschaltmotor gleichzeitig erregt werden, um die Bewegung des Motors bei der beschriebenen und dargestellten Frlmdung zu steuern, ist das erzeugte Drehmoment doppelt so groß wie das Drehmoment, welches bei einem bekannten dreiphasigen elektrischen Schiitischaltmotor entwickelt wird. Das K-schriebcne System ist deshalb aus zwei Gründen in der Lage, bei einer höheren Frequenz zu arbeiten.

nämlich erstens wegen des größeren auf den Rotor des Schrittschaltmotor übertragenen Drehmoments und zweitens wegen der Verwendung einer größeren Anzahl von Phasen im Schrittschaltmotor.

Es wurde gefunden, daß ein crfindungsgcmäßcs

System bei Verwendung eines sechsphasigen elektrischen Schrittschaltmolors mit einer Gcschwindigkcii von 12 Of)O Schritten pro Sekunde arbeiten kann während bekannte fünfphasige Sssteme eine Maximalgeschwindigkeit in der Größenordnung von 8000 pn

Sekunde für ein entsprechendes Ausgangsdrehmomen besitzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   I. System zur Umwandlung elektrischer digitaler Steuersignale in diskrete, gestufte Winkelbewegungen in einem mehrphasigen elektrischen Schrittmotor, wobei die elektrischen Steuersignale eine Serie von Impulsen, von welchen jeder einer Stufe der gewünschten Winkelbewegung entspricht, sowie ein Richtungssteuersignal umfassen und diese Steuersignale einem aus logischen elektronischen Elementen aufgebauten Translatorkreis zugeführt werden, welcher eine Anzahl von digitalen Ausgangssignalen erzeugt, die zum Antrieb der jeweiligen Phasen des Schrittschaltmotors dienen, gekennzeichnet durch die Verwendung eines sechsphasigen Schrittschaltmotors (P und eines zum Antrieb eines dreiphasigen Schrjttschaltmotors geeigneten dreiphasigen Ausgangs-Translatorkreises (9), dessen digitale drei Ausgangssignale (Z₁₁, Z_h. Z₁) zusammen mit ihren Komplementen (Z_u, Ζ_Λ, Z_;) zur Erregung der sechs Phasen des elektrischen Schrittschaltmotors in der Weise verwendet sind, daß drei jeweils nicht voneinander abgeleitete, im Winkel aufeinanderfolgende Phasen des Schrittschaltmotors (1) bei jedem Arbeitszustand des Translatorkreises erregt sind.
2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dreiphasige Ausgangs-Translatorkreis(9) eine Impulsfolge erzeugt, die einen dreiphasigen Schrittschalu. otor in einer 2-(I)-2-(I), 2-Folge antreibt, und daß ein binärer Triggerkreis (10) vorgesehen ist, der die Frequenz des Eingangssignales halbiert, bevor dieses dem dreiphasigen Translatorkreis zugeführt wird.
3. 3. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale (Z„, Z_b, Z₁.) und ihre Komplemente (Z₁₁, Ζ_Λ, Z₁.) den zugehörigen Spulen des sechsphasigen Schrittschaltmotors über Vorwiderstände so zugeführt sind, daß jeweils ein einziger Vorwiderstand (13) in Serie mit Parallelkreisen geschaltet ist, welche in jedem Zweig je eine mit einem Ausgangssignal (z. B. Z_a) und eine mit dessen Komplement (z. B. Z₁₁) beaufschlagte Spule des elektrischen Schrittschaltmotors aufweisen.