DE2144964A1 - Antriebssteuerschaltung für einen Zwillings-Schrittmotor - Google Patents

Description

KABDSHHiI KAISlIA TOKAI SIKA DENKI SEISAKUSIIO No. 1, Aza-kamisunairi, Oaza-Shimoodai Nishibiwagima-clio \ Nishikäsugai-gun Aichi Prefecture, Japan

Antriebssteuerschaltung für einen Zwillings-Schrittiaotor

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebssteuerschaltung für einen Zwillings-Schrittmotor mit Polschuhen und Permanentmagneten sowie elektrischen Erregerspulen, der infolge von Anziehungs- und Abstoßungskräften zwischen den Polschuhen und den Permanentmagneten antreibbar ist.

Bei bekannten Schrittmotoren ist der Stator oder Rotor mit mehreren elektrischen Erregerspulen versehen, so daß die Anziehungs- und Abstoßungskräfte zwischen den Polschuhen und den Permanentmagneten infolge der aufeinanderfolgenden Ein- und Ausschaltung der durch die Erreger-

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spulen fließenden Erregerströme eine schrittweise Drehung des Rotors bedingen. Die Ein- und Ausschaltung der Erreger ströme wird in Abhängigkeit von Eingangsimpulsen gesteuert, so daß der von dem Rotor jeweils zurückgelegte Drehwinkel der Anzahl der zugeführten Impulse entspricht.

Wie anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles eines solchen bekannten Schrittmotors näher erläutert wird, beträgt der Drehwinkel des Rotors

" für jeden einzelnen Impuls jeweils die Hälfte des Polweit enwinkels. Wird daher zur Vergrößerung der Magnetstärke der Permanentmagnete auch der Polweitenwinkel der Polschuhe vergrößert, um damit die Drehmomenteigenschaften eines solchen Schrittmotors zu verbessern, so findet automatisch eine unerwünschte Vergrößerung des Schrittwinkels für jeden einzelnen zugeführten Impuls statt. Aus diesem Grunde konnten bisher bei.derartigen Schrittmotoren keine - zufriedenstellenden Erequenzeigenschaften für die Selbsterregung, keine ausreichende Schlupfsicherheit und auch keine ausreichenden Drehmomenteigenschaften erreicht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Schwierigkeiten zu beseitigen und eine neue und verbesserte Antriebssteuerschaltung für einen Zwillings-Schrittmotor zu schaffen, der bei einem relativ kleinen Schrittwinkel gleichmäßige und ausreichende Drehmomenteigenschaften besitzt.

Ausgehend von einer Antriebssteuerschaltung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß abwechselnd eine Doppel- und eine Einζel-Erregung

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stattfindet, wobei der während der Einzel-Erregung durch die Erregerspulen fließende Strom größer gewählt ist als der während der Doppel-Erregung durch eine.der Erreger·- spulen fließende Strom,

Durch die abwechselnde Doppel-Erregung und Einzel-Erregung der elektrischen Erregerspulen des Schrittmotors kann der Schrittwinkel verkleinert werden, wodurch jedoch gewöhnlich durch die aufeinanderfolgenden unterschiedlichen Erregungen ein ungleichmäßiger Drehmomentverlauf bedingt ist. Durch die erfindungsgemäße Erhöhung des während der Einzel-Erregung durch diese Erregerspule fließenden Stromes gegenüber dem bei der Doppel-Erregung durch jeweils eine der beiden Spulen fließenden Strom wird jedoch trotz dieser unterschiedlichen Erregung ein gleichmäßiger Drehmomentverlauf über alle aufeinanderfolgenden Erregungsschritte erzielt.

Gemäß einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist der während der Einzel-Erregung fließende Strom um den Faktor Wurzel^ größer als der während der Doppel-Erregung durch jede Spule fließende Strom.

Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Schrittmotor, der durch Anziehungs- und Abstoßungskräfte zwischen Polschuhen und Permanentmagneten angetrieben ist;

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Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II der Fig. 1;

Pig. 3 eine ächematische Darstellung, die die Beziehung zxfischen den Permanentmagneten und den Polschuhen zeigt;

Fig. 4 eine Drehmomentkurve für den Schrittmotor, wenn nur eine seiner Erregerspulen erregt ist;

Fig. 5 eine Impulsfolge, wie diese von bisherigen Antriebssteuerschaltungen zur Erregung eines Schritt- W motores sbgegeben wird;

Fig. 6 eine schematische Darstellung der relativen Lage

zwischen Rotor und Stator, wenn diese bei den entsprechenden in Fig. 5 dargestellten Schaltbedingungen angehalten sind;

Fig. 7 eine Drehmomentkurve, für die in Fig. 5 dargestellte Betriebsweise;

Fig. 8 eine von der erfindungsgemäßen Antriebsteuerschaltung abgegebene Impulsfolge für die Erregung eines Schrittmotors;

Fig. 9 eine schematische Darstellung der relativen Lage zwischen Rotor und Stator, wenn dieser unter den in Fig. 8 dargestellten Erregungsbedingungen ange

halten wird; ' -

- Fig.10 a die Darstellung eines NOR-Gliedes; Fig.10 b das Schaltsymbol für ein solches NOR-Glied;

Fig.11 ein als binäre Flip-Flop-Schaltung aufgebautes NOR-Glied, wie es durch das in Fig. 10b gezeigte Symbol dargestellt ist;

Fig.12 eine die Arbeitsweise der binären Flip-Flop-Schaltung angebende Tabelle und

Fig.13 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Antriebssteuerschaltung.

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Ein Zwillings-Schrittmotor, der durch Anziehungs- und Abstoßungskräfte zwischen Polschuhen und Permanentmagneten angetrieben wird, ist wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, aufgebaut. Er besteht aus einem Motorblock oC mit zwei Polschuhen 2, die durch einen durch eine Erregerspule 1 fließenden Strom als Kord- oder Südpole magnetisiert werden können. Ferner weist der Motorblock qL Permanentmagnete 3 auf, die längs ihres Umfanges abwechselnd Nord- und Südpole aufweisen. Der Schrittmotor hat zusätzlich einen weiteren Motorblock ß mit Polschuhen 2', die durch einen durch eine Erregerspule 1¹ fließenden Strom in Nord- oder Südpole magnetisiert werden können. Zusätzlich weist der Motorblock ß Permanentmagnete 3¹ auf, die längs ihres Umfanges abwechselnd Nord- und Südpole aufweisen. Die Motorblöcke oC und ß sind miteinander um einen elektrischen Winkel von 90° versetzt gekoppelt. Wird während des Betriebes der Erregerspule 1 ein Strom von einem Versorgungskreis 4 zugeführt, um die Polschuhe 2 als Südpol zu magnetisieren, verändert sich ein Auslenkwinkel ο zwischen der Mittellinie eines Nordpoles des Permanentmagneten 3» der einen Polteilungswinkel7"" besitzt, und der Mittellinie des als Südpol magnetisierten Polsclmhes 2. und ein Drehmoment T₀C » dessen Amplitude S etwa proportional der Größe des Erregerstromes ist, wird dem Rotor zugeführt; vgl. Fig. 4·. Bei der beschriebenen Konstruktion eines Schrittmotores wird bisher hauptsächlich eine Yier-Phasen-Antriebssteuerung mit Doppel-Erregung benutzt, da diese eine einfache und billige Antriebssteuerschaltung ermöglicht und die Permanentmagneten des Rotors in aufeinanderfolgenden ·■ Schritten in die in Fig. 6 in Verbindung mit der in Fig. 5

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gezeigten Err-egungsfolge dargestellte Lagen bringt. Wird z.B. ein Erregerstrom d1' zur Magnetisierung des Polscliuh.es 2 des Motorblocks oO zu einem Nordpol und ein Erregerstrom d4' zur Magnetisierung des Polschuhes 2¹ des Motorblock.^ ß zu einem Südpol eingeschaltet, während ein Erregerstrom cL2' zur Magnetisierung des Polschuhes 2 des Motorblocks cc zu einem Südpol und ein Erregerstrom dj¹ zur Magnetisierung des Polschuhes 2' des Motorblocks ß zu einem Nordpol abgeschaltet, so wird der Schrittmotor in seiner Phase 1 und Phase 4 erregt- Die Pole des Sotors werden dann in den in Spalte 1 der Fig. 6 gezeigten relativen Haltestellungen angehalten, wobei eine in Umfangsr.ich.tung gerichtete Anziehungskraft, dargestellt als Pfeil a, zwischen den Permanentmagneten 5 und den Polschuhen 2 sich, im Gleichgewicht mit einer in Umfangsrichtung gerichteten Anziehungskraft, dargestellt als Pfeil b, zwischen den Permanentmagneten 3' und den Polschuhen 2' befindet . '_ .

Ändert sich die Eingangsimpulsfolge P, sowird anstelle des Stromes d4-' der Strom d2' eingeschaltet, also entsprechend der vorbestimmten Arbeitsfolge Phase 1 und Phase 2 erregt, so werden die Pole des Rotors in den in der zweiten Spalte ™ der Fig. 6 gezeigten Relativstellungen angehalten. Diese Relativstellungen befinden sich gegenüber den in der ersten Spalte der Fig. 6 gezeigten Stellungen um einen Teilungswinkel T/2 voreilend verschoben. Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung ist das Drehmoment zur Beschleunigung und Abbremsung des Rotors in seinen verschiedenen Haltsteilungen aus der Summe des in Fig. 7 dargestellten und vom Motor-

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block et* erzeugten Drehmomentes T_nC und des vom Motorblock ß erzeugten Drehmomentes Tß gebildet, so daß ein Drehmoment Tg mit einer Amplitude S¹ entsteht. Mit ό~ ist der Auslenkwinkel des Rotors aus seiner jeweiligen Haltestellung bezeichnet.

Bei dieser bekannten Antriebssteuerung beträgt jeder Schrittwinkel pro Eingangsimpuls einen halben Po!peilungswinkel T %. der von den Permanentmagneten 3 und 3' magnetisierten Polschuhe. Soll die Länge der Polschuhe vergrößert werden, um die Magnetisierung der Permanentmagnete 3 und 3' zu steigern und die Drehmomenteigenschaften des Schrittmotors zu verbessern, so wird in unerwünschter Weise auch gleichzeitig der Schrittwinkel vergrößert. Aus diesem Grunde war es daher bisher unmöglich, Schrittmotoren, eine ausreichende Frequenzcharakteristik für die Selbsterregung, eine ausreichende SchlupfSicherheit und ausreichende Drehmomenteigenschaften zu verleihen.

Zum leichteren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird vor ihrer detaillierten Erläuterung anhand der Fig. 13 ein bekanntes NOR-Glied und eine binäre Flip-Flop-Schaltung in Verbindung mit den Fig. 10 bis 12 beschrieben. Das in

Fig. 10 dargestellte NOR-Glied hat Eingänge I₁, I₂, I₅

I· und einen Ausgang 0 , Dioden D₁, D₂, D, ....D ,Widerstände R₁₁R₂JR, und einen Transistor T . Wird an einen der Eingänge I₁,I₂,I, «««Iq ein positives Spannungssignal angelegt, z.B. an den Eingang I₁, so fließt über den Transistor T durch die Diode D₁ und den Widerstand R₁ ein Basisstrom.

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der den Transistor leitend macht und damit das Potential am Ausgang 0 auf O-Potential legt. Dieser Schaltzustand wird im weiteren als binärer "O"-Zustand bezeichnet.

Wird dagegen an keinen der Eingänge 11,12,13 ··· In ein positives Sp annungs signal, angelegt, so behält der Transistor Tr seinen Sperrzustand bei und am Ausgang 0 erscheint eine vorbestimmte Spannung- Dieser Zustand wird ψ im weiteren als binärer "1"-Zustand bezeichnet. Das vorstehend beschriebene NOR-Glied wird durch das in Fig. 10b gezeigte Schaltsymbol· dargestellt, wobei diese Schaltsymbole zum Aufbau der im folgenden beschriebenen Schaltkreise benutzt wird.

In den J¹Ig. 11 und 12 ist Aufbau und Wirkungsweise einer binären Flip-Flop-Schaltung.dargestellt, die einen Hauptbestandteil der in'Fig. 13 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebssteuer schaltung darste^t. Die Flip-Flop-Schaltung weist ein erstes aus Gattern G3 und G4 gebildetes Flip-Flop, ein zweites aus Gattern G7 und G8 gebildetes Flip-Flop, weitere zwischen diese beiden Flip-Flop geschaltete Gatter G1 und G2 um eine Negation des Ausgangssignals des Gatters G7 zum Eingang des Gatters G3 und eine Negation des Ausgangssignals des Gatters G8 zu dem Eingang des Gatters G4 zu bewirken, wenn der Eingang Ia 1-Zustand erhält, während die Ausgänge der Gatter G7 und G8 abgetrennt ■ ' werden, um an die Eingänge G3 und G4 O-Potential zu legen, • wenn auch der Eingang Ia O-Potential erhält. Weitere Gatter G5 und G6 sind vorgesehen, um eine Negation des Ausgangssignals des Gatters G3 zum Eingang des Gatters G8 und eine Negation des Ausgangssignals des Gatters G4 zum Eingang des

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Gatters G7 zu bewirken, wenn der Eingang Ia O-Potential erhält , während die Ausgärige der Gatter G7 und G8 abgetrennt werden, um an die Eingänge der Gatter GJ und G4 O-Potehtial · zu legen, wenn am Eingang Ia 1-Potential liegt. Außerdem ist ein Negator (NICHT-GIied) Gn vorgesehen, der eine Negation des Eingangssignals am Eingang Ia zu den Gattern Gi und G2' bewirkt.

Die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Schaltkreises ist die folgende:

Angenommen der Ausgang 03 des Gatters G3 führt O-Potential und der Ausgang o4 des Gatters G4 führt 1-Potential, so führen die Ausgänge On,01,02,05,06,07 und 08 der Gatter Gn,G1,G2,G5,G6,G7 und G8 die in der ersten Spalte der in Fig. 12 gezeigten Tabelle angegebenen Potentialzustände, wenn am Eingang Ia O-Potential liegt. Solange am Eingang Ia O-Potential liegt, führt der Ausgang On des Negators Gn 1-Potential. Erhält andererseits der Eingang des Gatters G5 O-Potential vom Eingang Ia her und O-Potential vom Ausgang des Gatters G3, so führt sein Ausgang 1-Potential. Da in ähnlicher Weise das Gatter G6 vom Eingang Ia O-Potential und vom Ausgang des Gatters G4 1-Potential erhält, führt es an seinem Ausgang O-Potential. Das Gatter G7 erhält an seinen Eingängen O-Potential vom Gatter G6 und das Ausgangssignal des Gatters G8, an dessen Eingang 1-Potential vom Ausgang des Gatters G5 gelegt ist. Der Ausgang des Gatters G8

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führt daher O-Potential, unabhängig davon, ob das andere Eingangssignal 0- oder aber 1-Potential ist. Da das 0-Potential des Gatters G6 und das O-Potential des Gatters G8 auf diese V/eise an den Eingang des Gatters G7 gelangt, führt dieses an seineia Ausgang 1-Potential. Da andererseits die Eingänge der Gatter G1 undG2 vom Ausgang des Negators Gn 1-Potential erhalten, sind die Ausgangssignale der Gatter G1 und G2 unabhängig von den Ausgangssignalen der Gatter G7 und G8 jeweils O-Potentiale.

Es ist einzusehen, daß ähnlich, wie bereits beschrieben, bei einem 1-Signal am Eingang Ia sich die in der zweiten Spalte der in Fig. 12 dargestellten Tabelle angegebenen Potentialwerte einstellen. Die gesamte Flip-Flop-Schaltung schaltet dann weiter bis zu den in der vierten Spalte angegebenen Ausgangssignalen und \iriederholt dann ihre Schaltzustände von der ersten bis zur vierten Spalte der Tabelle. ' ·

Anhand der Fig. 13 wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Antriebssteuerschaltung beschrieben. Eine umkehrbare binäre Flip-Flop-Schaltung K erhält an einem Eingang CW einen Trigger-Impuls P2 als Kommandosignalfür die Vorwärtsdrehrichtung, so daß ein Gatter Gj1 in den O-Zustand und ein Gatter Gj2 in den 1-Zustand schaltet. Dieses bewirkt, daß Gatter Gk1,Gk4,Gk? und GkIO O-Potential abgeben, so daß die gesamte Flip-Flop-Schaltung als ein binärer Vorwärtszähler wirkt, der aus den Gattern GkO, Gk2, Gk3, Gk5, Gk6, Gk8, Gk9, Gk11 und Gk12 gebildet ist.

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Wird der Flip-Flop-Schaltung dagegen an ihrem anderen Eingang CCV/ ein Trigger-Impuls P2 als Kommando signal für Rückwärtsdrehung zugeführt, so schaltet das Gatter GjI in seinen 1-Zustand und das Gatter Gj2 in seinen .O-Zustand, wodurch die Gatter Gk2,Gk3,Gk8 und Gk9 0-Potential abgeben, so daß die gesamte Flip-Flop-Schaltung als binärer Eückwärtszähler, gebildet aus den Gattern GkO, Gk1, Gk4, Gk5, Gk6, Gk7, GkIO, Gk11 und Gk12_? · wirkt. .

Eine weitere umkehrbare binäre Flip-Flop-Schaltung

L verändert ihre logischen Schaltzustände in Abhängigkeit der Ausgangssignale der Gatter Gk5 und Gk6 der Flip-Flop-Schaltung K. Erhalt der Eingang CW als Yorwärtskommandosignal einen Triggerimpuls P2, schaltet das Gatter Gj1 in seinen O-Zustand, während das Gatter, Gj2 in seinen 1-Zustand schaltet. Aufgrund dieses Schaltzustandes-gelangen Gatter GH, G14-, G17, GHO in ihren O-Zustand, so daß die Flip-Flop-Schaltung L als eine aus den Gattern G12, G13, G15, G16, G18, G19, G111 und G112 gebildete Vorwärts-Zählschaltung arbeitet. Erhält andererseits der EingangCCw* als Rückwärts-Kommandosignal einen Triggerimpuls P2, so schaltet das Gatter Gj1 in seinen 1-Zustand und das " Gatter Gj2 in seinen O-Zustand, wodurch die Gatter G12,G13i G18 und G19 in ihren O-Zustand gelangen und die Flip-Flop-Schaltung L als eine aus den Gattern GH, G14-, G15, G16, G17, GHO, G111 und G112 gebildete Zählschaltung arbeitet.

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In- einer Schaltung M sind eine Gruppe von Gattern für die Erregerspulen des Motors zusammengefaßt, wobei mit den Ausgängen der Gatter Gk1 , Gk2 und G111 ein Gatter Gm1 verbunden ist, mit den Ausgängen der Gatter Gk1, Gk2 und G112 ein Gatter Gm3_}mit den Ausgängen der Gatter Gkj5, GkA- und Gl5 ein Gatter Gm2 und mit den Ausgängen der Gatter Gk3, Gk4 und G16 ein Gatter Gm4 verbunden sind.

Ein Stromvervielfacherkreis I umfaßt vier Dioden und zwei Transistoren. Führt irgendeiner der Ausgänge der Gatter Gk1, Gk2, Gk 3 und Gk4 1-Potential, so wird ein Stromverniinde~ rungskreis kurzgeschlossen, d.h. die beiden Transistoren gelangen in ihren leitenden Zustand, um den durch Erregerspulen A oder B des Schrittmotors fließenden Strom zu vergrößern.

Zwei Leistungsverstärker N1 und N2weisen jeweils vier Transistoren und vier Dioden·auf. Die Verstärker treiben einen Strom durch die Efregerspulen A oder B des Schrittmotors in einer vorbestimmten Richtung, die von den Ausgangssignalen. der in der Schaltung M zusammengefaßten Gatter Gm1, Gm2 , Gm3 und Gm4 abhängig ist.

Ein Kommandokreis J ist zur Bestimmung der jeweiligen ; Drehrichtung vorgesehen. Wird als Vorwärts-Kommando ein Trigger-Impuls P2 an den Eingang CW des Gatters Gj1 gelegt, so schaltet dieses in seinen O-Zustand und gleichzeitig das ..Gatter Gj2 in seinen 1-Zustand. Andererseits schaltet, wenn ein Tr.igger-Impuls P2 als Rückwärts-Kommando an den Eingang CCW gelegt wird, das Gatter GjI in seinen 1-Zustand, während

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das Gatter Gj2 in seinen O-Zustand schaltet. Auf diese - Weise invertiert der Kommandokreis J die Zählrichtung für die umkehrbaren Flip-Elop-Schaltungen K und L, um' damit auch die Drehrichtung des Schrittmotors zu ■bestimmen.

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Schaltung wird nun näher erläutert: Erhalten- alle Schaltkreise Speisespannung, so befinden sich -die Eingangsimpulse P noch in ihrem O-Zustand, der Rückstellimpuls PI ist angelegt und als Vorwärts-Komiriando wird der Trigger-Impuls P2 an den Eingang CW gelegt, wodurch die Ausgänge der Gatter Gk1 und Gk4 Ö-Zustand erhalten, da der Ausgang des Gatters Gj2 weiterhin 1-Potential führt, unabhängig vom Zustand der Eingangsimpulse, und der Ausgang des Gatters Gk5 O-Potential erhält, da der Rückstellimpuls P1 angelegt ist. Daher führt auch der Ausgang des Gatters·Gk6 O-Potential. Andererseits schältet auch der Ausgang des Gatters GIß auf O-Potential, da infolge des anliegenden Säckstellimpulses PI der Ausgang des Gatters G16 auf 1-Potential geschaltet wurde. Außerdem führt auch der Ausgang des Gatters G112 O-Potential infolge des Ausgangssignales des Gatters G15 und auch der Ausgang des Gatters Gl 12 schaltet auf 1-Potential infolge des Ausgangssignales des Gatters G16. Da die Ausgangssignale aller Gatter

Gk1, Gk2 ,Gk3 und Gk4 O-Potential führen, werden die.durch die Erregerspulen A und B des Schrittmotors fließenden Ströme vermindert, da der Transistor der Stromvervielfacherschältung I gesperrt ist. Der Auggang des für die Erregung der ersten Phase zuständigen Gatters Gm1 führt daher O-Potential, der Ausgang des für die Erregung in der dritten Phase zuständigen Gatters Gm 3 führt 1-Potential, der Ausgang des für die

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Erregung in der zweiten Phase zuständigen Gatters Gm2 führt ebenfalls 1-Potential und der Ausgang des für die vierte Phase der Erregung zuständigen Gatters Gm4 führt O-Potential, so daß die gesamte Schaltung sich in ihrem Doppel-Erregungszustand befindet ait herabgesetztem Strom, der die zweite und dritte Phase des Schrittmotores erregt.

Erhält der Eingangsimpuls P 1-Signal, so bleibt der Ausgang des Gatters Gk2 auf O-Potential, wie dieses in · Verbindung mit der Wirkungsweise der in Fig. 11 gezeigten binären Flip-Flop-Schaltung erläutert wurde. Der Ausgang des Gatters Gk3 schaltet dagegen auf 1-Potentialc Der Ausgang des Gatters Gk5 wechselt auf 1-Potential, während der Ausgang des Gatters Gk6 auf 0~Potential umschaltet, wodurch der Ausgang des Gatters Gl5 auf 1-Potential und der Ausgang des Gatters Glö.auf O-Potential wechselt. Der Ausgang des Gatters G111 bleibt dagegen auf 1-Potential und der Ausgang des Gatters G112 bleibt auf O-Potential« Der Ausgang des für die Erregung in der ersten Phase zuständigen Gatters Gm1 führt daher wieder 0~Potential, der Ausgang des für die Phase drei der Erregung zuständigen Gatters Gm$ führt 1-Potential, der Ausgang des für die Phase zwei der Erregung zuständigen Gatters Gm2 führt O-Potential und der Ausgang des für die Phase 4 der Erregung zuständigen Gatters Gm4- bleibt auf O-Potential. Der Transistor der Strom-Vervielfacherschaltung I schaltet daher durch, da der Ausgang des Gatters Gk3 1-Potential- führt, und der kontinuierlich durch die Hotorspule A fließende Strom wird vergrößert infolge des 1-Potentials am Ausgang des für die Phase drei der Erregung zuständigen Gatters GmJ, wodurch

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die dritte Phase der Erregung als Einzel-Erregung mit erhöhtem Strom durchgeführt wird.

Ändert sich der Eingangsimpuls P auf O-Potential, wird -auch der Ausgang des Gatters Gk3 auf O-Potential zurückgesetzt, während der Ausgang des Gatters Gk2 auf O-Potential bleibt. Da auch die Ausgangssignale der Gatter Gk5 und Gk6 nicht geändert werden, ändern sich auch die Ausgangssignale der Gatter &Γ?, G16 und der Gatter 8111 und GH2 nicht, wodurch das Ausgangssignal des für die Erregung in der vierten Phase zuständigen Gatters Gm4 1-Potential annimmt. Da außerdem die Ausgangssignale der Gatter GkI, Gk2, Gk 3 und Gk4 sämtlich O-Potential führen, wird der Transistor der Strom-Vervielfacherschaltung I gesperrt, wodurch der Strom wieder vermindert wird. Auf diese Weise wurde wieder der Zustand der Doppel-Erregung mit vermindertem Strom hergestellt, bei dem die Erregung des Schrittmotors in seiner dritten und vierten Phase stattfindet. Nimmt der Eingangsimpuls P abermals 1-Potential an, so bleibt das Ausgangssignal des Gatters Gk3 aif O-Potential, während das Ausgangssignal des Gatters Gk2 auf 1-Potential geändert wird. Daher schaltet auch, das Ausgangssignal des Gatters Gk5 auf O-Potential und das Ausgangssignal des Gatters Gk6 auf 1-Potential. Durch das O-Potential am Ausgang des Gatters Gk5 wird das Ausgangssignal des Gatters G111 auf O-Potential umgeschaltet und das Ausgangssignal des Gatters G112 auf 1-Potential umgeschaltet, während das Ausgangssignal des Gatters GI5. auf 1-Potential und das Ausgangssignal des Gatters G16 auf O-Potential bleibt. Die Ausgangssignale der für die erste,

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die zweite und die dritte Phase der Erregung zuständigen Gatter Gm1, Gm2 .und Gm 3 liegen daher alle auf O-Potential, während, das Ausgangssignal des für die vierte Phase der Erregung zuständigen Gatters GwM- 1-Potential führt» Da das Ausgangssignal des Gatters Gk2 1-Potential hat, wird der Transistor in der Strom-Vervielfacherschaltung I leitend, so daß wiederum der Zustand eines erhöhten Stromes hergestellt wird. Auf diese Weise wird wieder der Zustand der Einζel-Erregung mit erhöhtem Strom hergestellt, bei dem die Erregung in der vierten Phase des Schrittmotors stattfindet. .

Ändert sich der Eingangsimpuls P abermals auf O-Potential₉ wird auch das Ausgangssignal des Gatters Gk2 auf O-Potential zurückgesetzt, während das Ausgangssignal des Gatters Bk3 auf O-Potential bleibt und auch die Ausgangssignale der Gatter Gk5 und Gk6 nicht geändert werden. Die Ausgangssignale der Gatter G15, G16 und G111 und GH2 werden daher ebenfalls nicht geändert, wodurch das Ausgangssignal des für die Erregung in der ersten Phase zuständigen Gatters Gm1 1-Potential annimmt. Da außerdem die Ausgangssignale der Gatter Gk1, Gk2, Gkj5 und Gk4- sämtlich O-Potential haben, wird der Transistor der Strom-Vervielfacherschaltung I gesperrt, wodurch diese ihren Schaltzustand verminderter Stromstärke annimmt. Auf diese Weise wird wieder die Doppel-Erregung mit vermindertem Strom eingestellt, unter der die Erregung in der vierten und ersten Phase stattfindet.

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In ähnlicher Weise werden in Abhängigkeit einer Änderung der Eingangsimpulse P jeweils zwei benachbarte- Phasen in ihren Erregungszustand gebracht und bei Eintreffen des nächsten Impulses P bleibt eine dieser beiden Phasen in ihrem erregten Zustand, wobei jedoch der Erregungsstrom über den Erregungsstrom pro Phase während des Zustandes der Zweiphasenerregung erhöht wird, wodurch der erhöhte Strom der Einzel-Erregung auftritt. Bei Eintreffen weiterer Eingangsimpulse P wird die Größe des Erregungsstromes für diese eine Phase wieder vermindert und gleichzeitig die Erregung der nächsten Phase eingeleitet, wodurch sich die Doppel-Erregung mit verminderndem Strom einstellt. Diese Aufeinanderfolge wird danach beliebig oft wiederholt.

Die Arbeitsweise des sich in der vorstehend genannten Weise drehenden Schrittmotors ist noch leichter zu verstehen,' we.nn die in den Fig. 8 und 9 gezeigten schematischen Darstellungen benutzt werden. In Fig·. 8 ist die Eingangs impulsfolge P, sowie die Erregungsströme ä1 für die erste Phase und ä.3 für die dritte Phase, die die Polschuhe 2 des Motorblocks oC zu Nord- und Südpolen magnetisieren, und die Erregungsströme d2 und d4 für die zweite und vierte Phase dargestellt, die die Polschuhe 2¹ des Motorblocks ß zu Nord- und Südpolen jeweils magnetisieren. In Fig. 9 sind mit 3 und 3¹ die Permanentmagnete der Motorblöcke CL und ß dargestellt, wobei V den Polweitenwinkel der den Permanentmagneten zugeordneten Polschuhe angibt. Wie aus den Figuren zu erkennen ist, wird durch die Anwendung abwechselnd einer

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* wird.

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Doppel-Erregung.und einer Einzel-Erregung und durch die Erhöhung des Stromes während der Einzel-Erregung auf etwa den ifSfachen Wert des Erregungsstromes während der Doppel-Erregung, die in Fig_o 4 dargestellte Amplitude ii des Drehmomentes während cfer Einzel-Erregung gleich der in Fig. 7 dargestellten Amplitude S¹ während der Doppel-Erregung gemacht, um die Ungleichmäßigkeit der Drehmomentseigenschaften su "beseitigen, die durch die abwechselnde Doppel- und Einzel-Erregung bedingt ist, während gleichzeitig ein Vorlauf um jeweils einen Drehschritt von '?"/4· pro Eingangsimpuls erreicht

Wird als Rückv/ärtskomniarido der Trigger-Impuls P2 an den Eingang CCW gelegt, bleiben die Ausgangssignale der Gatter Gk2, Gk3, Gk8, Gk9 und .G12,G13,G18,-G19 in den ümkehrbaren binären Flip-Flop-Schaltungen K und L auf 0-Potential, unabhängig vom jeweiligen Potential der Eingangsimpulse P, wodurch die umkehrbaren binären Flip-Flop-Schaltungen K und L als rückwärts zählende' Flip-Flop-Schaltungen wirken. Die Folge der Ausgangssignale der Gatter Gk1 , GkA- und G15,G16,G111 ,G112 in Abhängigkeit von dem Wechsel der Eiηgangsimpulse P ist -gerade umgekehrt zu der Arbeitsweise, bei der als Vorwärts-Komniando der Trigger-Impuls P2 an den Eingang CW gelegt ist.· Die Folge, in der die Erregerspulen A und B des Schrittmotores erregt werden, entsprechend der Durchschaltung der Gatter Gm1, Gai2, Gm3 und Gm.4- ist gerade umgekehrt, wodurch auch die Drehrichtung des Schrittmotors umgekehrt wird.

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Aus der vorstehenden Beschreibung wird klar, daß beim Betrieb eines Zwillings-Schrittmotors nach der Lehre der Erfindung, der durch Anziehungs- und Abstoßungskräfte zwischen den Permanentmagneten und den Polschuhen gedreht wird, der Dr eh Schrittwinkel pro Eingangs impuls auf die Hälfte der bei den bisher benutzten Schrittmotoren erreichbaren Schrittwinkel herabgesetzt wird. Dieses wird durch die Benutzung einer abwechselnden Doppel- und Einzelerregung erreicht, wobei die durch eine solche abwechselnde Erregung bedingte Ungleichmäßigkeit der Drehmomenteigenschäften des Schrittmotores durch die Erhöhung des Erregungsstromes während der Einzel-Erregung gegenüber dem während der Doppel-Erregung benutzten Strom vermieden wird. Auf diese Weise erreicht ein Vierphasen-Schrittmotor, der gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung betrieben wird, die gleiche Ausgangsleistung, die bisher nur von einem in herkömmlicher Weise angetriebenen Acht-Phasen-Schrittmotor erreicht v?erden konnte. Unabhängig davon ist jedoch das Rotorträgheitsmoment das gleiche wie bei einem Vier-Phasen-Schrittmotor. Die erfindungsgemäße Antriebssteuerschaltung ist daher für den Betrieb solcher Schrittmotoren besonders geeignet, die hohe Anforderungen an den !frequenzgang des Selbstanlauf es, an die Schlupf sicherheit sowie an die Drehmomenteigenschaften stellen, wie dieses bei Schrittmotoren in elektronischen Computern der Fall ist.

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Claims (2)

2UA964 Patentansprüche

1. lAntriebssteuerschaltung für einen Zxvdllings-Schrittmotor mit Polschuhen und Permanentmagneten sowie elektrischen Erregerspulen, der infolge von Anziehungs- und. Abstoßungskräften zwischen den Polschuhen und dem Permanentmagneten antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet ,

w daß abwechselnd eine DoppäL- und eine Ein ζ el- Erregung stattfindet, wobei der während der Einzel-Erregung durch die Erregerspulen (A,B) fließende Strom größer gewählt ist als der während der Doppelerregung durch eine der Erregerspulen fließende Strom.

2. Antriebssteuerschaltung nach Anspruch 1. dadurch g e ken nz eich n.ett, daß der während der Einzel-Erregung fließende Strom etwa um den Faktor \2 größer ist als der durch eine Erregerspule (A,B) während der Doppel-Erregung fließende Strom.

| 3- Antriebssteuerschaltung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Schrittmotor ein Vxer-Phasen-Schrittmotor ist.

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