DE19951365C1 - Anordnung zum Betrieb von mehreren Schrittmotoren mit einer Betriebsspannung, die kleiner ist als eine gemeinsame höhere Versorgungsspannung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betrieb von mehreren Schrittmotoren in einer Anlage, deren Betriebsspannungen kleiner sind als eine gemeinsame Versorgungsspannung, wobei die Schrittmotoren mit ihren Motorwicklungen über Endstufen-Halbleiterschalter bestrombar sind und wobei die Endstufen-Halbleiterschalter mit Fortlauf-Schrittmustern ansteuerbar sind, um die Schrittmotoren weiter zu schalten. Schrittmotoren mit einer Betriebsspannung kleiner als eine gemeinsame Versorgungsspannung lassen sich in einer Anlage ohne zusätzliche Vorwiderstände oder einen Spannungswandler direkt in einer Anlage zusammenfassen und aus der Versorgungsspannung bestromen, wenn ein Mikrorechner unter Berücksichtigung der Lage der Schrittmotoren in einer kombinierten Parallel- und Reihenschaltung, der Impedanz ihrer Motorwicklungen, der zuletzt den Schrittmotoren zugeführten Schrittmuster und der Eingangsbedingungen durch zusätzliche Bestromung von nicht weiter zu schaltenden Schrittmotoren mit Halte-Schrittmustern einen Impedanzausgleich zur Einhaltung der Spannungsteilung der Versorgungsspannung vornimmt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betrieb von mehreren Schrittmotoren in einer Anlage, deren Betriebsspannungen kleiner sind als eine gemeinsame Ver­ sorgungsspannung, wobei die Schrittmotoren mit ihren Motorwicklungen über Endstufen-Halbleiterschalter bestrombar sind und wobei die Endstufen-Halbleiter­ schalter mit Fortlauf-Schrittmustern ansteuerbar sind, um die Schrittmotoren weiter zu schalten.

Schrittmotoren werden in größerem Umfang zur Betätigung von Stellgliedern, wie Ventilen, Lüftungsklappen und dgl. im Bereich von Kraftfahrzeugen ver­ wendet. Dabei sind in den Personen-Kraftfahrzeugen und in den Nutz-Kraftfahr­ zeugen unterschiedliche Versorgungsspannung, d. h. Bordnetze, bereit gestellt, z. B. 12 V und 24 V. Da der Bedarf an Schrittmotoren für Personen-Kraftfahrzeu­ ge wesentlich größer ist, sind 12 V-Schrittmotoren als Massenartikel auch kostengünstiger als 24 V-Schrittmotoren für Nutz-Kraftfahrzeuge.

Schrittmotoren werden mit sogenannten Schrittmustern gesteuert, wobei ein Schrittmuster für alle Motorwicklungen eines Schrittmotors mit "1" die vor­ zunehmende Bestromung und mit "0" den nicht bestromten Zustand der Motor­ wicklungen kennzeichnet. Soll ein Schrittmotor weiter geschaltet werden, dann wird ihm eine Folge von aufeinander folgenden Schrittmustern, d. h. sich än­ dernde Schrittmuster = Fortschalt-Schrittmuster zugeführt. Dabei kann mit der Folge der Schrittmuster im Zyklus die Drehrichtung des Schrittmotors, d. h. der Vorwärts- und der Rückwärtslauf, festgelegt werden. Eine Besonderheit der Schrittmotoren besteht darin, dass er bei einer gleichbleibenden Bestromung, d. h. bei Ansteuerung mit gleichbleibendem Schrittmuster, d. h. Halte-Schritt­ muster, in seiner Stellung verharrt und nicht weiter schaltet.

Werden z. B. 12 V-Schrittmotoren von einer 24 V-Versorgungsspannung betrie­ ben, dann erfordert dies pro Schrittmuster einen Vorwiderstand, der ent­ sprechend den bestromten Motorwicklungen so bemessen wird, dass die ge­ wünschte Spannungsteilung erreicht wird. Diese Bemessungsregel gilt für alle Fälle, bei denen Schrittmotoren mit einer Betriebsspannung an einer gemein­ samen Versorgungsspannung anzuschalten sind, die höher ist als die Betriebs­ spannung der Schrittmotoren.

Man kann auch einen Spannungswandler einsetzen, der die höhere Versorgungs­ spannung auf die kleinere Betriebsspannung der Schrittmotoren reduziert. Um­ faßt eine Anlage mehrere Schrittmotoren, die in einer Vielzahl von Variationen schaltbar sind, dann muss der Spannungswandler entsprechend leistungsstark sein, damit die abgewandelte Betriebsspannung nicht zu stark belastungsab­ hängig wird.

Beide Betriebsarten sind nachteilig, da sie stets einen beachtlichen Aufwand für die Spannungswandlung erfordern.

Aus der DE 44 17 369 A1 ist eine Vorrichtung zum Betreiben von Schrittmotoren bekannt. Ein Steuergerät umfasst erste und zweite Schaltmittel oder erste und zweite Umschaltmittel. Die ersten Schaltmittel ermöglichen die Auswahl wenigstens einer Stromversorgungsleitung, die zu wenigstens einem Schrittmotor geführt ist. Die ersten Umschaltmittel legen an die Stromversorgungsleitungen der Schrittmotoren entweder ein positives oder ein negatives Potential. Die zweiten Schaltmittel oder die zweiten Umschaltmittel geben an eine vorgegebene Anzahl von Steuerleitungen die für die Schrittmotoren erforderlichen Steuersignale ab. Dadurch wird ein reduzierter Verkabelungsaufwand gegenüber einer Einzelverkabelung erreicht.

Aus der DE 295 04 735 U1 ist eine Vorrichtung mit mehreren, je für sich aus einer Versorgungsspannung speisbaren unipolaren Schrittmotoren bekannt. Für die Ansteuerung parallel verschalteter unipolarer Schrittmotoren werden so viele Schrittschalter benötigt, wie ein einzelner Schrittmotor Wicklungsstränge aufweist. Eine individuelle Ansteuerung der Vielzahl der verwendeten universalen Schrittmotoren kann durch jeweils einen zusätzlichen, in Abhängigkeit von dem jeweiligen Bestromungsmuster der Schrittschalter und der jeweiligen Stellung des Rotors des anzusteuernden Schrittmotors geschalteten Versorgungsschalter erreicht werden, der in der Verbindung zwischen dem anderen Pol der Versorgungsspannung und einem gemeinsamen Sternpunkt liegt, der je Schrittmotor jeweils sämtliche Wicklungsenden zweier Wicklungsstränge jeder Phase zusammengefasst verbindet. Zur Verhinderung unerwünschter Querströme wird zusätzlich eine Diode in der Verbindung zwischen dem einen Wicklungsende eines Wicklungsstranges und dem gemeinsamen Anschluss eines Wicklungsstranges jedes Schrittmotors an jeweils einem Schrittschalter angeordnet. Aus der GB 21 98 297 ist eine Steuerschaltung für eine Vielzahl von Schrittmotoren offenbart. Für die Ansteuerung ist jedoch nur eine Steuereinheit und ein spannungserzeugender Schaltkreis vorgesehen, um eine Vielzahl von Schrittmotoren anzusteuern. Jedem Schrittmotor jedoch ist eine weitere Ansteuerschaltung zugeordnet, die wiederum ihre Eingangssignale von der übergeordneten Steuereinheit erhält.

Aus der DE 196 06 363 A1 ist eine Rundum-Kennleuchte mit einem Gleichstrommotor zum Drehantrieb eines rotierenden Reflektors oder einer Linsenanordnung bekannt. Zum Betrieb des Gleichstrommotors an mindestens zwei unterschiedlichen Gleichspannungen wird eine der Gleichspannungen über einen ohmschen Widerstand an den Gleichstrommotor angelegt, wobei wenigstens eine weitere Gleichspannung direkt oder über einen anderen ohmschen Widerstand an den Gleichstrommotor anlegbar ist. Durch den ohmschen Widerstand wird eine einfache, kostengünstige und störunanfällige Spannungsreduktion zum Betrieb des Gleichstrommotors an höheren Spannungen erreicht.

Aus der FR 27 69 429 ist eine Schrittmotoransteuerung bekannt, welche mit unterschiedlichen Spannungen betreibbar ist. Die Anpassung an die jeweils unterschiedlichen Versorgungsspannungen erfolgt durch eine Wicklungsum- bzw. Anschaltung.

Aus der DE 35 34 908 A1 geht eine Vorrichtung zum Schalten zweier Elektromotoren in eine niedrige und in eine hohe Drehzahlstufe hervor. Befindet sich ein Schalter in einer ersten Stellung, so sind die beiden Elektromotoren hintereinandergeschaltet. In einer dritten Stellung sind die beiden Elektromotoren parallel verschaltet. Auf diese Weise kann auf den Einbau eines Vorwiderstands zum Erreichen einer niedrigeren Drehzahlstufe bei beiden Elektromotoren verzichtet werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der mehrere Schrittmotoren einer Anlage ohne zusätzlichen Auf­ wand für die Spannungswandlung mit einer Versorgungsspannung betrieben werden können, die höher ist als die Betriebsspannung der Schrittmotoren, ohne jedoch die Betriebsfälle der Schrittmotoren in der Anlage wesentlich einzu­ schränken.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die Versorgungs­ spannung in mindestens zwei Betriebsspannungsbereiche unterteilt ist, dass jedem Betriebsspannungsbereich eine Gruppe von Schrittmotoren mit entspre­ chender Betriebsspannung zugeordnet ist, dass in jeder Gruppe die Reihen­ schaltungen aus Motorwicklung und Endstufen-Halbleiterschalter der Schritt­ motoren parallel geschaltet sind, dass die Gruppen der Reihenschaltungen in Reihe geschaltet und an die Versorgungsspannung angeschaltet sind, dass in einem Speicher einer Steuerung die zuletzt bestromten Motorwicklungen aller Schrittmotoren, d. h. die zuletzt zugeführten Schrittmuster, gespeichert sind, und dass ein Mikrorechner unter Berücksichtigung der zugeordneten Schrittmuster im Speicher und der Impedanzen der Motorwicklungen entsprechend den Betriebs­ fällen die weiter zu schaltenden Schrittmotoren mit sich ändernden Fortlauf- Schrittmustern ansteuert und durch zusätzliche synchrone Ansteuerung von nicht weiter zu schaltenden Schrittmotoren mit gleichbleibenden Halte- Schrittmustern einen Impedanzausgleich in den Gruppen vornimmt, so dass für jeden Betriebsfall die Gesamtimpedanzen der Gruppen in einem Verhältnis zu­ einander stehen, das dem Verhältnis der Betriebsspannungen der Gruppen von Schrittmotoren entspricht.

Mit der Aufteilung der Schrittmotoren der Anlage in Gruppen und der Reihen­ schaltung der Gruppen lassen sich in Verbindung mit der zusätzlichen Ansteue­ rung von Schrittmotoren mit Halte-Schrittmustern nicht weiter zu schaltende Schrittmotoren für einen Impedanzausgleich verwenden, um sicher zu stellen, dass die Versorgungsspannung in jedem Betriebsfall auf die den Gruppen von Schrittmotoren zugeordneten Betriebsspannungen unterteilt wird. Die nicht weiter zu schaltenden Schrittmotoren übernehmen dabei die Funktion der Vor­ widerstände oder des Spannungswandlers bekannter Lösungen. Dabei können sich die Gesamtimpedanzen in den Gruppen von Betriebsfall zu Betriebsfall durchaus ändern, es ist jedoch zwingend erforderlich, dass sich das Verhältnis der Gesamtimpedanzen der Gruppen zueinander nicht verändert und stets dem Verhältnis der unterteilten Betriebsspannungsbereiche der Versorgungsspannung entspricht.

Eine entscheidende Funktion kommt dem Speicher und dem Mikrorechner der Steuerung zu. In dem Speicher sind für alle Schrittmotoren der Anlage die zuletzt zugeführten Schrittmuster abgespeichert. Der gewünschte Betriebsfall wird dem Mikrorechner als Eingangsbedingung zugeführt. Der Mikrorechner erkennt da­ raus, welche Schrittmotoren er in welcher Drehrichtung weiter schalten muss und veranlaßt das entsprechende Fortschalt-Schrittmuster unter Berücksichti­ gung der im Speicher für diese Schrittmotoren abgespeicherten, zuletzt zuge­ führten Schrittmuster. Außerdem kennt der Mikrorechner die Lage der Schrittmo­ toren in den Gruppen und ihre Ansteuerleitungen, so dass die vom Mikrorechner ermittelten Fortschalt-Schrittmuster auch den gewünschten Schrittmotoren zu­ geführt werden können.

Damit jedoch die Spannungsteilung in den Gruppen von Schrittmotoren einge­ halten wird, erzwingt der Mikrorechner durch zusätzliche synchrone Ansteue­ rung von nicht weiter zu schaltenden Schrittmotoren mit Halte-Schrittmustern einen Impedanzausgleich in den Gruppen, in denen die Gesamtimpedanz der be­ stromten Motorwicklungen von dem durch die Betriebsspannungen der Gruppen vorgegebenen Verhältnis abweicht. Maßgebend ist dabei stets die Anpassung an die Gruppen, in der die meisten Motorwicklungen mit Fortschalt-Schrittmustern bestromt werden müssen. Der Mikrorechner kann daher stets unter Rückgriff auf die im Speicher für alle Schrittmotoren gespeicherten Schrittmuster und der zugeführten Eingangsbedingungen die synchrone Ansteuerung so wählen, dass die Betriebsspannungen der Gruppen bei jedem Betriebsfall eingehalten werden. Die Ansteuerung der beteiligten Schrittmotoren muss gleichzeitig, d. h. in gleichem Takt, erfolgen.

Bei dem Impedanzausgleich muss der Mikrorechner auch die Impedanzen der Motorwicklungen in den Gruppen berücksichtigen. Ist z. B. eine Gruppe von 24 V- Schrittmotoren und eine Gruppe mit 12 V-Schrittmotoren in Reihe an eine Ver­ sorgungsspannung von 36 V geschaltet und haben alle Schrittmotoren Motor­ wicklungen mit gleicher Impedanz, dann kann ein Schrittmotor der 24 V-Gruppe, der mit zwei Motorwicklungen im Fortschalt-Schrittmuster angesteuert wird, durch einen Schrittmotor der 12 V-Gruppe ausgeglichen werden, wenn zwei Schrittmotoren der 12 V-Gruppe auf zwei Motorwicklungen bestromt werden. Auf der anderen Seite lassen sich mit einem Schrittmotor der 24 V-Gruppe zwei mit Fortschalt-Schrittmustern bestromte Schrittmotoren der 12 V-Gruppe ausglei­ chen.

Eine wesentliche Vereinfachung der Anlage und Steuerung der Schrittmotoren ergibt sich dann, wenn vorgesehen wird, dass die Impedanzen der Motorwick­ lungen in den Gruppen gleich sind und im Verhältnis zueinander stehen, das dem Verhältnis der Betriebsspannungen der Gruppen entspricht, und dass bei jedem Betriebsfall, unabhängig von der Ansteuerung mit Fortlauf- oder Halte-Schritt­ muster, die Anzahl der bestromten Motorwicklungen in den Gruppen jeweils gleich groß ist. Eine zusätzliche Berücksichtigung der Impedanzen der Motor­ wicklungen kann dann entfallen, wie bei der vorstehend beschriebenen, allge­ mein gültigen Auslegung der Steuerung.

Für den Sonderfall - Einsatz von 12 V-Schrittmotoren in einer Anlage mit 24 V- Versorgungsspannung - ist die Anordnung und Steuerung so getroffen, dass alle Schrittmotoren der Anlage gleiche Anzahl von Motorwicklungen mit gleicher Im­ pedanz aufweisen, dass die Betriebsspannung der Schrittmotoren der halben Versorgungsspannung entspricht, dass die Schrittmotoren auf zwei Gruppen auf­ geteilt sind, und dass bei jedem Betriebsfall in den beiden Gruppen die Anzahl der bestromten Motorwicklungen unabhängig von der Ansteuerung mit Fortlauf- Schrittmuster oder Halte-Schrittmuster, jeweils gleich groß ist. Dies gilt im Allgemeinen immer dann, wenn die Betriebsspannung der eingesetzten Schritt­ motoren der halben Versorgungsspannung entspricht.

Die Betriebsfälle sind nach einer Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet, dass dem Mikrorechner über den Schrittmotoren zugeordnete Eingangsbedingungen der gewünschte Betriebsfall zuführbar ist, und dass der Mikrorechner unter Berücksichtigung des zugeordneten Speicherinhaltes und der Impedanzen der Motorwicklungen der Schrittmotoren in den Gruppen für die weiter zu schal­ tenden Schrittmotoren die Fortschalt-Schrittmuster festlegt.

Damit der Speicherinhalt stets dem neuesten Stand entspricht, ist vorgesehen, dass bei jedem Betriebsfall der Speicherinhalt entsprechend den den Schritt­ motoren zugeführten Fortlauf- und Halte-Schrittmustern verändert wird.

Die Ansteuerung und Einleitung der Bestromung erfolgen nach einer Ausgestal­ tung dadurch, dass der Mikrorechner die Fortlauf- und Halte-Schrittmuster über Schaltstufen auf Ansteuerleitungen an die Steuereingänge der Endstufen-Halb­ leiterschalter überträgt.

Der Ansteueraufwand läßt sich dadurch reduzieren, dass die Motorwicklungen der Schrittmotoren in Matrixansteuerung bestrombar sind.

Die Anlage läßt sich nach einer Weiterbildung dadurch erweitern, dass im Be­ reich eines Betriebsspannungsbereiches mit Schrittmotoren mit kleinerer Be­ triebsspannung Untergruppen mit Schrittmotoren gebildet sind, die wie die Schrittmotoren der Gruppen in das Steuer- und Impedanz-Ausgleichsprogramm des Mikrorechners in gleicher Weise einbezogen sind.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass durch zu­ sätzliche, kurzzeitige Bestromung von Schrittmotoren einer Gruppe oder Unter­ gruppe für die anderen Gruppen oder Untergruppen eine Erhöhung der Betriebs­ spanung und damit des Drehmoments vornehmbar ist. Dabei kann diese Maß­ nahme bei einer Anlage mit mehreren Gruppen und mehreren Untergruppen auch nacheinander in den Gruppen und Untergruppen vorgenommen werden.

Eine optimale Variationsmöglichkeit in den Betriebsfällen ergibt sich dadurch, dass die Anzahl der Schrittmotoren in den Gruppen sowie in den Untergruppen annähernd gleich groß ist und dass die Verteilung der Schrittmotoren auf die Gruppen unter Berücksichtigung der Betriebsfälle so vorgenommen ist, dass in jedem Betriebsfall möglichst in allen Gruppen und Untergruppen Schrittmotoren bestrombar sind.

Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung mit zwei Gruppen von Schrittmotoren mit einer einheitlichen Betriebsspannung, die der halben Versorgungs­ spannung entspricht,

Fig. 2 eine Anordnung ähnlich der Anordnung nach Fig. 1, jedoch mit Matrixansteuerung der Schrittmotoren und

Fig. 3 eine Anordnung mit kurzzeitiger Erhöhung des Drehmomentes eines mit Fortschalt-Schrittmuster angesteuerten Schrittmotors.

Wie die Fig. 1 an dem für Kraftfahrzeuge mit 12 V- und 24 V-Bordnetz typischen Fall zeigt, bilden n Schrittmotoren M11 bis M1n eine erste Gruppe GR1 und die m Schrittmotoren M21 bis M2m eine zweite, annähernd gleich große Gruppe GR2. Alle Schrittmotoren der beiden Gruppen GR1 und GR2 haben nicht nur eine Betriebsspannung Um, die der halben Versorgungsspannung Ubatt entspricht, sie haben auch Motorwicklungen Ph1, Ph2, Ph3 und Ph4 mit gleicher Impedanz, sowie die gleiche Anzahl von vier Motorwicklungen. Die Motorwicklungen Ph1 bis Ph4 aller Schrittmotoren der Anlage sind mit Endstufen-Halbleiterschaltern T1, T2, T3 und T4 in Reihe geschaltet und über diese bestrombar, wenn ihre Steuereingänge angesteuert werden. Dabei können den Endstufen-Halbleiter­ schaltern T1 bis T4 individuelle Steuerleitungen s1 bis s4 zugeordnet sein, so dass im Maximalfall der schrittmotorindividuellen Zuordnung von einem Mikro­ rechner µC der Steuerung ST eine Anzahl von (4 × n) + (4 × m) Steuerleitungen geführt sind. Das Steuerpotential wird dabei über gruppenindividuelle Schalt­ stufen Sg1 und Sg2 zugeführt, die n × 2 bzw. m × 4 Schalter aufweisen.

Die Ansteuerung dieser Schaltgruppen Sg1 und Sg2 übernimmt der Mikrorech­ ner µC, dem über Eingangsleitungen e1 bis e(n + m) die Betriebsfälle mitgeteilt werden. Dabei können jedem Schrittmotor der Anlage beliebig viele Eingangs­ leitungen zugeordnet sein. Eine Eingangsleitung, z. B. e1, kann auch mehreren Schrittmotoren der einen Gruppe oder beider Gruppen zugeordnet sein, wenn diese Schrittmotoren stets gemeinsam, in gleicher Weise zu bestromen sind. Diese Schrittmotoren werden dann auch über gemeinsame Steuerleitungen s1 bis s4 angesteuert. Der Mikrorechner µC kennt die Lage aller Schrittmotoren in den Gruppen. Die Steuerung ST weist zudem einen Speicher SP auf, in dem die den Schrittmotoren zuletzt zugeführten Schrittmuster - unabhängig davon, ob Fortschalt- oder Halte-Schrittmuster - gespeichert sind. Dies läßt sich in einfacher Weise dadurch erreichen, dass die vom Mikrorechner µC aufgrund der Eingangsbedingungen, d. h. des Betriebsfalles, ermittelten Fortschalt- und Halte- Schrittmuster auch dem Speicher SP zugeführt werden. Dabei können, wie be­ reits erwähnt, die Fortschalt-Schrittmuster auch die Drehrichtung des ange­ steuerten Schrittmotors festlegen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist für den Impedanzausgleich zur Ein­ haltung der Tellerspannung Um zwischen Betriebsspannung der Schrittmotoren der Gruppen GR1 und GR2 nur erforderlich, dass in jeder Gruppe GR1 und GR2 bei jedem Betriebsfall die gleiche Anzahl von Motorwicklungen Ph1 bis Ph4 bestromt wird. Ist dies bereits durch die Fortschalt-Schrittmuster des Mikro­ rechners µC der Fall, dann braucht kein Impedanzausgleich vorgenommen zu werden, da gleiche Impedanzen aller Motorwicklungen Ph1 bis Ph4 aller Schritt­ motoren M11 bis M1n und M21 bis M2m vorausgesetzt ist. Ist dies jedoch nicht der Fall, dann muss mit Hilfe von Halte-Schrittmustern an nicht weiter zu schaltenden Schrittmotoren in der Gruppe mit weniger zugeführten Fortschalt Schrittmustern ein Impedanzausgleich vorgenommen werden, so dass auch in dieser Gruppe die entsprechende Anzahl von Motorwicklungen bestromt sind. Dieser Impedanzausgleich ist in jedem Betriebsfall durchzuführen, wenn die Gruppen GR1 und GR2 unterschiedlich fort-zuschalten sind, wobei stets der im Speicher SP abgespeicherte letzte Schrittmuster-Zustand zu berücksichtigen ist und wie der Taktgeber TG andeutet, synchron, d. h. im gleichen Takt, geschaltet wird.

Es ist leicht einzusehen, dass die Anordnung auch mehr als zwei Gruppen um­ fassen kann, wenn die Versorgungsspannung Ubatt in mehrere Betriebsspannun­ gen unterteilt werden kann, wobei diese Betriebsspannungen mit Betriebsspan­ nungen von unterschiedlichen Schrittmotoren übereinstimmen. Außerdem kön­ nen die in Reihe geschalteten Gruppen selbst in Untergruppen unterteilt werden. So kann z. B. eine Gruppe mit 24 V-Schrittmustern in zwei Untergruppen mit 12 V-Schrittmotoren unterteilt werden. Diese in Reihe geschalteten Untergruppen werden dann den 24 V-Schrittmotoren der zugeordneten Gruppe parallel geschal­ tet. Die Ansteuerung der Untergruppen und der Impedanzausgleich in denselben erfolgt in gleicher Weise wie in den Gruppen über den Mikrorechner µC unter Berücksichtigung des Speicherinhaltes und den Eingangsbedingungen auf den Eingangsleitungen (e1 bis e(n + m)). Für den Impedanzausgleich ist in jedem Be­ triebsfall das Verhältnis der Gesamtimpedanzen der bestromten Motorwicklun­ gen in den Gruppen GR1 und GR2 an das Verhältnis der Betriebsspannungen der Gruppen anzugleichen. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bedeutet dies ein Verhältnis 1 : 1. Dieser Impedanzausgleich ist erreicht, wenn in jeder Gruppe GR1 und GR2 die gleiche Anzahl von Motorwicklungen Ph1 bis Ph4 bestromt werden.

Dabei können sich die Gesamtimpedanzen in den Gruppen GR1 und GR2 von Be­ triebsfall zu Betriebsfall ändern, sie müssen jedoch stets gleich groß sein. Dieselbe Vorgehensweise läßt sich auch auf mehr als zwei Gruppen von Schritt­ motoren mit unterschiedlichen Betriebsspannungen übertragen, wenn die Sum­ me der Teilerspannungen Um der in Reihe geschalteten Gruppen der Versor­ gungsspannung Ubatt entspricht. Bei unterschiedlichen Impedanzen der Motor­ wicklungen Ph1 bis Ph4 ist dieser Ausgleich der Impedanzen dann noch einfach, wenn die Impedanzen der Schrittmotoren in den Gruppen in einem Verhältnis zueinander stehen, das dem Verhältnis ihrer Teilerspannungen Um entspricht. Ist dies nicht der Fall, dann muss der Mikrorechner µC diesen Unterschied der Impedanzen durch entsprechende Anzahl der bestromten Motorwicklungen Ph1 bis Ph4 ausgleichen, wie bereits eingangs beschrieben.

Wie Fig. 2 zeigt, kann der Ansteueraufwand an Schaltern dadurch reduziert werden, dass eine Matrixansteuerung für die Schrittmotoren gewählt wird. Über die Steuerleitungen s1 bis s4 werden über Endstufen-Halbleiterschalter T1 bis T4 die Motorwicklungen aller Schrittmotoren M11 bis M1n bzw. M21 bis M2m einer Gruppe GR1 bzw. GR2 angesteuert, d. h. die Gruppenauswahl vorgenom­ men. Die Auswahl der Schrittmotoren in der Gruppe übernehmen motorindividu­ elle Schalter m11 bis m1n bzw. m21 bis m2m, die in die Spannungszuleitung zu den Motorwicklungen Ph1 bis Ph4 der Gruppe GR1 bzw. GR2 eingeschaltet sind. Ist z. B. der Schalter m11 geschlossen, dann wird nur der Schrittmotor M11 der Gruppe GR1 bestromt, wenn die der Gruppe GR1 zugeordneten Endstu­ fen-Halbleiterschalter T1 bis T4 angesteuert werden, während die Schrittmo­ toren M12 bis M1n stromlos bleiben. Der Impedanzausgleich läßt sich jedoch auch bei dieser Matrixansteuerung der Schrittmotoren durchführen.

Schließlich zeigt ein Auszug einer Anlage mit nur zwei in Reihe geschalteten Schrittmotoren M11 und M21 nach Fig. 3 eine Möglichkeit, durch kurzzeitige Ansteuerung eines Schrittmotors M11 der Gruppe GR1 mit der Bestromung aller Phasen Ph1 bis Ph4 mit einem Halte-Schrittmuster 1111 eine kurzzeitige Er­ höhung der Teilerspannung Uh zu erreichen, um dem Schrittmotor M21 der anderen Gruppe GR2 mit dem Fortschalt-Schrittmuster 1010 ein höheres Dreh­ moment zu verleihen. Haben alle Schrittmotoren M11. . . und M21. . . gleiche Impedanz, dann wird bei einer Bestromung der Motorwicklungen Ph1 und Ph3 des Schrittmotors M21 mit dem Fortschalt-Schrittmuster 1010 und aller Motor­ wicklungen Ph1 bis Ph4 des Schrittmotors m11 mit einem Halte-Schrittmuster 1111 ein Spannungsanstieg für die Gruppe GR2 und damit den Schrittmotor m21 auf Uh = 16 V erreicht, der zu einem höheren Drehmoment für den Schritt­ motor M21 führt.

Claims (10)

1. Anordnung zum Betrieb von mehreren Schrittmotoren in einer Anlage, deren Betriebsspannungen kleiner sind als eine gemeinsame Versorgungs­ spannung, wobei die Schrittmotoren mit ihren Motorwicklungen über End­ stufen-Halbleiterschalter bestrombar sind und wobei die Endstufen-Halb­ leiterschalter mit Fortlauf-Schrittmustern ansteuerbar sind, um die Schrittmotoren weiter zu schalten, wobei
die Versorgungsspannung (Ubatt, z. B. 24 V, 36 V) in mindestens zwei Betriebsspannungsbereiche unterteilt ist, wobei
jedem Betriebsspannungsbereich eine Gruppe (GR1, GR2) von Schrittmotoren (M11 bis M1n; M21 bis M2m) mit entsprechender Be­ triebsspannung (z. B. 12 V, 12 V und 24 V) zugeordnet ist, wobei
in jeder Gruppe (GR1 und GR2) die Reihenschaltungen aus Motor­ wicklung (Ph1, Ph2, Ph3, Ph4) und Endstufen-Halbleiterschalter (T1, T2, T3, T4) der Schrittmotoren (M11 bis M1n bzw. M21 bis M2m) parallel geschaltet sind, wobei
die Gruppen (GR1, GR2) der Reihenschaltungen in Reihe geschaltet und an die Versorgungsspannung (Ubatt) angeschaltet sind, wobei
in einem Speicher (SP) einer Steuerung (ST) die zuletzt zugeführten Schrittmuster der zuletzt bestromten Motorwicklungen (Ph1, Ph2, Ph3, Ph4) aller Schrittmotoren (M11 bis M1n und M21 bis M2m) gespei­ chert sind, und wobei
ein Mikrorechner (µC) unter Berücksichtigung der zugeordneten Schrittmuster im Speicher (SP) und der Impedanzen der Motorwicklungen (Ph1 bis Ph4) entsprechend den Betriebsfällen die weiter zu schaltenden Schrittmotoren mit sich ändernden Fortlauf-Schrittmustern ansteuert und durch zusätzliche synchrone Ansteuerung von nicht weiter zu schaltenden Schrittmotoren mit gleichbleibenden Halte-Schrittmustern einen Impedanz­ ausgleich in den Gruppen (GR1, GR2) vornimmt, so dass für jeden Be­ triebsfall die Gesamtimpedanzen der Gruppen (GR1, GR2) in einem Ver­ hältnis zueinander stehen, das dem Verhältnis der Betriebsspannungen (z. B. 12 V : 12 V bzw. 12 V : 24 V) der Gruppen (GR1, GR2) von Schrittmoto­ ren (M11 bis M1n; M21 bis M2m) entspricht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Impedanzen der Motorwicklungen (Ph1, Ph2, Ph3, Ph4) in den Gruppen (GR1, GR2) gleich sind und im Verhältnis zueinander stehen, das dem Verhältnis der Betriebsspannungen der Gruppen (GR1, GR2) ent­ spricht, und
dass bei jedem Betriebsfall, unabhängig von der Ansteuerung mit Fortlauf- oder Halte-Schrittmuster, die Anzahl der bestromten Motorwicklungen (Ph1, Ph2, Ph3, Ph4) in den Gruppen (GR1, GR2) jeweils gleich groß ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass alle Schrittmotoren (M11 bis M1n und M21 bis M2m) der Anlage gleiche Anzahl von Motorwicklungen (Ph1, Ph2, Ph3, Ph4) mit gleicher Impedanz aufweisen,
dass die Betriebsspannung (z. B. 12 V) der Schrittmotoren (M11 bis M1n; M21 bis M2m) der halben Versorgungsspannung (Ubatt = 24 V) ent­ spricht,
dass die Schrittmotoren (M11 bis M1n bzw. M21 bis M2m) auf zwei Gruppen (GR1, GR2) aufgeteilt sind, und
dass bei jedem Betriebsfall in den beiden Gruppen (GR1, GR2) die Anzahl der bestromten Motorwicklungen (Ph1, Ph2, Ph3, Ph4) unabhängig von der Ansteuerung mit Fortlauf-Schrittmuster oder Halte-Schrittmuster, jeweils gleich groß ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
dass dem Mikrorechner (µC) über die den Schrittmotoren (M11 bis M1n; M21 bis M2m) zugeordneten Eingangsbedingungen (z. B. Weiterschalten in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung) der gewünschte Betriebsfall zuführbar ist, und
dass der Mikrorechner (µC) unter Berücksichtigung des zugeordneten Speicherinhaltes und der Impedanzen der Motorwicklungen der Schritt­ motoren in den Gruppen (GR1, GR2) für die weiter zu schaltenden Schritt­ motoren die Fortschalt-Schrittmuster festlegt.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Betriebsfall der Speicherinhalt entsprechend den den Schrittmotoren (M11 bis M1n; M21 bis M2m) zugeführten Fortlauf- und Halte-Schrittmustern verändert wird.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrorechner (µC) die Fortlauf- und Halte-Schrittmuster über Schaltstufen (Sg1, Sg2) auf Ansteuerleitungen (s1 bis s4) an die Steuereingänge der Endstufen-Halbleiterschalter (T1 bis T4) überträgt.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwicklungen (Ph1, Ph2, Ph3, Ph4) der Schrittmotoren (M11 bis M1n; M21 bis M2m) in Matrixansteuerung bestrombar sind.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich eines Betriebsspannungsbereiches (z. B. 24 V) mit Schrittmotoren mit kleinerer Betriebsspannung (z. B. 12 V) Untergruppen mit Schrittmotoren gebildet sind, die wie die Schrittmotoren der Gruppen (GR1, GR2) in das Steuer- und Impedanz-Ausgleichsprogramm des Mikro­ rechners (µC) in gleicher Weise einbezogen sind.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch zusätzliche, kurzzeitige Bestromung von Schrittmotoren einer Gruppe (z. B. GR1) oder Untergruppe für die anderen Gruppen (z. B. GR2) oder Untergruppen eine Erhöhung der Betriebsspannung und damit des Drehmoments vornehmbar ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
dass die Anzahl der Schrittmotoren (M11 bis M1n bzw. M21 bis M2m) in den Gruppen (GR1, GR2) sowie in den Untergruppen annähernd gleich groß ist und
dass die Verteilung der Schrittmotoren (M11 bis M1n; M21 bis M2m) auf die Gruppen (GR1, GR2) unter Berücksichtigung der Betriebsfälle so vorgenommen ist, dass in jedem Betriebsfall möglichst in allen Gruppen (GR1, GR2) und Untergruppen Schrittmotoren bestrombar sind.