DE2161112B2

DE2161112B2 - Schaltungsanordnung zur Steuerung eines mehrphasigen Schrittmotors

Info

Publication number: DE2161112B2
Application number: DE2161112A
Authority: DE
Inventors: Leonard G. West Hartford Conn. Rich (V.St.A.)
Original assignee: Gerber Scientific Instrument Co
Current assignee: Gerber Systems Corp
Priority date: 1971-04-08
Filing date: 1971-12-06
Publication date: 1974-08-29
Also published as: DE2161112A1; US3727121A; FR2132686A1; FR2132686B1; DE2161112C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Schcltungsanordnung zur Steuerung eines mehrphasigen Schrittmotors mit einer Ansteuereinheit und einer Schalteinheit zur folgerichtigen Erregung der zur Erzeugung der Läuferbewegungen dienenden Motorpolwicklungen und mit einer von der Ansteuereinheit mitgesteuerten Bremseinrichtung, die mindestens eine der zur augenblicklichen Schrittbewegung nicht erregten Motorpol wicklungen nach dem Beginn der Schrittbewegung zur Erzeugung einer Dämpfungskraft erregt.

Eine solche bekannte Schaltungsanordnung (US-PS 3 423 658) ist so ausgebildet, daß die Dämpfung der Läuferbewegung durch Modulation der Antriebserregungsimpulse bewirkt wird und daß die induzierten Spannungen aus besonderen Abfühlwindungen auf Hilfs-Motorpolen entnommen werden, also aus Motorpolen, die nicht für den Läuferantrieb erregt werden und die an dem Schrittmotor zusätzlich allein für den Zweck des Abfühlens der Läuferbewegungen angebracht werden müssen. Diese bekannte Schaltungsanordnung läßt sich also nicht bei einem konventionellen Schrittmotor anwenden, ohne daß dieser einem erheblichen Umbau zwecks Unterbringung der Hilfs-Motorpole unterzogen wird.

Ähnliche Feststellungen gelten für eine bekannte magnetische Bremseinrichtung zum Verkleinern von Uberschwingweiten beim Einschwingen des Läufers eines Schrittmotors in seine Schrittsollage (Maschinenmarkt, Würzburg, 70. Jg. [1964], Nr. 75, S. 120), was hier durch Erregung einer ebenfalls zusätzlich anzubringenden Polwicklung bewirkt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Steuerung eines mehrphasigen Schrittmotors anzugeben, die die Dämpfung der Läuferbewegungen ohne die Notwendigkeit der Verwendung von Hilfs-Motorpolen und ohne die Notwendigkeit einer Modulation der Schrittschaltirnpulse ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß bei einem Schrittmotor mit per-

^BJientmegnetlschem Utufer die während einer Erremggphase In einer der nicht von der Ansteuerein· At erregten, zur Erzeugung der Läuferbewegungen "Vend anderer Erregungsphasen dienenden Motorlclungen induzierte Spannung als Eingangssignal er eine zur Bremseinrichtung gehörende Eingangsschaltung einer ebenfalls zur Bremseinrichtung körenden Ausgangswahlschaltung zur Auslösung &Dämpfungskraft zugeführt ist.
Dadurch, daß somit die jeweils nicht von der Anuereinheit erregten, zur Erzeugung der Läuferbeungen jedoch notwendigerweise bei jedem soli Schrittmotor vorhandenen, bei anderen Erre-Qgsphasen erregten Motorwicklungen selbst zur •uerung bzw. Ausübung der Dämpfungskraft herangezogen werden, gelingt es in einfacher Weise, die "isher übliche, zusätzliche Anbringung von Hilfslotorpolen für die Steuerung bzw. Ausübung der )ämpfungskraft entbehrlich zu machen.
Weitere Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung nach der Erfindung und bevorzugte Ausfühfungsformen derselben sind in den Ansprüchen 2 bis 7 angegeben.

Die Erfindung wird an Hand der Z.ichnungen nachstehend erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Hauptbe-Itandteile des mit der Schaltungsanordnung ausgerüiteten Schrittmotors,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Teils des Schrittmotors, das zum besseren Verständnis seiner Arbeitsweise linear abgewickelt dargestellt ist,

F i g. 3 eine Kurve, die den durch den Motorpol lind den zugeordneten Läuferpol hindurchlaufenden Magnetfluß als Funktion der Abweichung des Läufers von der ausgerichteten oder angesteuerten Stellung relativ zum Motorpol wiedergibt,

Fig.4 ein Blockdiagramm der Bauelemente einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung und

F i g. 5 ein Blockdiagramm, das eine andere Ausgestaltung 1er Schaltungsanordnung nach der Erfindung darstellt.

Die F i g. 1 zeigt die Hauptbauteile eines Schrittmotors 10, der unter Verwendung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung gedämpft wird. Die Hauptteile des Motors 10 stellen einen drehbaren permanent-magnetischen Läufer 12 und die Ständerpole 14 dar. Es ist jedoch zu bemerken, daß mehrere Ständerpole 14 in gleichmäßigen Abständen um den Läufer herum angeordnet sind, wovon F i g. 1 jedoch nur zwei zeigt. Bei eimern vollständigen Motor wird der Läufer 12 längs seiner Drehachse 16 innerhalb eines Gehäuses getragen, an das die Ständerpole 14 unverschiebbar befestigt sind.

Der Läufer 12 weist zwei zylinderförmige Endglieder 18 und 20 sowie einen diese beider Glieder 18 und 20 miteinander verbindenden koaxialen Dauermagnet 22 auf. Die Nord- und Südpole des Magneten 22 sind durch »N« und »5« kenntlich gemacht und liegen den Axialflächen der Glieder 18 bzw. 20 gegenüber. Zusammen bilden diese Glieder 18 und 20 mit dem Magneten 22 eine zusammengesetzte Einheit, die symmetrisch zu der Achse 16 um diese herum angeordnet ist.

Die beiden Endglieder 18 und 20 weisen einen ähnlichen Aufbau auf und sind aus magnetisch permeablem Werkstoff, beispielshalber einer Eisenoder Stahllegierung, gefertigt. Die Umfangs- oder Außenflächen der Glieder 18 und 20 weisen mehrere axial verlaufende harallelrillen auf, durch die ZHhne 21 gebildet werden, die in gleichmäßigen Abständen um die Außenfläche der Glieder angeordnet sind. Durch den Magneten 22 wird das Endglied 18 zum

magnetischen Nord- und das Endglied 20 zun magnetischen Südpol.

Jeder Ständerpol 14 ist im wesentlichen ein aus einem magnetisch permeablen Kern 24 und einer Motorwicklung 26 bestehender Elektromagnet. Die

ίο gegenüberliegenden Enden des Kerns 24 besitzen jeweils drei axial verlaufende Zähne 28, die eine mit der Umf angsweite und Abstandsgebung der Zähne 21 des Läufers übereinstimmende Umfangsweite und Abstandsgebung haben. Die Radialentfernung zwi-

sehen den Zähnen 28 des Stlnderpols 14 und den angrenzenden Zähnen 21 des Läufers ist im Vergleich zu dem Umfangsabstand zwischen den Zähnen verhältnismäßig klein. Auf diese Weise kann ein geschlossener Magnetfluß durch den Läufer 12 und je-

*o den Ständerpol 14 ermöglicht werden.

Um die Arbeitsweise des Schrittmotors 10 leichter verständlich zu machen, wurde 'ias Endglied 18 und die passend zugeordnete Anzahl der Ständerpole 14 in F i g. 2 als ebene Abwicklung dargestellt. Zur Identifizierung der Ständerpole 14 und ihrer Unterteile wurden die gleichen Bezugszeichen verwendet, wobei, soweit notwendig, diesen Bezugszeichen ein Buchstabe hinzugefügt wurde, um die Einzelteile eines Pols von denen eines anderen zu unterscheiden. Es ist zu bemerken, daß, obwohl fünf Ständerpole 14 gezeigt werden, um Kominnität anzuzeigen, der auf der rechten Seite dargestellte Pol in F i g. 2 nur gestrichelt angedeutet und mit dem Bezugszeichen 14« versehen ist, genau wie der Pol auf der linken Seite, was bei einer Zusammenstellung der Fall wäre, wo insgesamt vier derartige Pole mit einem Interval von 90^c um das zylinderförmige Glied 18 in gleichmäßigem Abstand angeordnet wären. Obwohl in der allgemeinen Praxis die Anzahl der Ständerpole wesentlich über vier hinausgeht und von der Größe der Pole sowie dem Umfang des Gliedes 18 abhängt, sind jedoch nur vier Pole zur Erklärung der Schrittfolgeschaltung des Läufers erforderlich.

Der Läufer 12 wird in F i g. 2 in eijier Stellung gezeigt, in der drei Zähne 21 des Gliedes 18 mit den drei Zähnen 28 des Ständerpols 14 α ausgerichtet oder zum Fluchten gebracht werden. Ein Vergleich des Verhältnisses zwischen den Läuferzähnen und den Polzähnen der anderen Ständerpole 14 b, 14 c und 14 d ergibt, daß die einzelnen Pole derart im räumlichen Abstand voneinander angeordnet sind, daß die Zähne von nicht mehr als einem Pol in einem Vierersatz zu einem gegebenen Zeitpunkt mit den Zähnen auf dem Glied 18 fluchten. Die Zähne des Ständerpoh 14 c liegen unmittelbar den Räumen zwischen den Zähnen des Gliedes 18 gegenüber oder sind gegenüber den benachbarten Zähnen auf Glied 18 auf symn.etrische Weise versetzt. Die Zähne auf dem Statorpol 14 b sind gegenüber den Zähnen von

Glied 18 auf asymmetrische Weise versetzt oder befinden sich auf halber Strecke zwischen der zum Fluchten gebrachten Stellung der Zähne auf Pol 14 a und der symmetrisch versetzten Stellung der Zähne auf Pol 14 c. Die Zähne auf Pol 14 d sind gegenüber den am Glied 18 angeordneten Zähnen symmetrisch versetzt oder befinden sich auf halbem Wege zwischen der symmetrisch versetzten Stellung der Zähne auf Pol 14 c und der zum Fluchten gebrachten Stel-

5 6

lung der Zähne auf Pol 14 a. Bei dieser Beziehung gleichen Abstand von den benachbarten Zähnen v(

bringt eine nach rechts verlaufende Bewegung der Glied 18 angeordnet oder versetzt sind, herrsch'

Zähne auf Glied 18 die Zähne von Glied 18 und die gleichermaßen ein Minimalenergiezustand und ei

Zähne der Pole 14 b, 14 c und 14 d reihenfolgege- stabile magnetisch-elektrische Konfiguration vr

recht zum Fluchten, wobei eine darüber hinausge- 5 Eine derartige bipolare Erregung macht es jedoch t

hende Bewegung wiederum das Fluchten mit den forderlich, die Erregungsströme alternierend umz

Zähnen auf Pol 14 a herstellt, von wo die vollstän- schalten oder umzukehren, um sowohl Nord- ;i

dige Folge wiederholt werden kann. auch Südpole über die gleichen Wicklungen zu t

Nach einem Arbeitsablauf des in Fig. 2 gezeigten zeugen. Dieses Verfahren findet bei Schrittmotor!

Schrittmotors werden die Ständerpole in einer Span- io in der Praxis allgemein Anwendung. Die erfindunj

nungsrichtung erregt; z. B. in einem statischen Zu- gemäße Schaltungsanordnung läßt sich sowohl b

stand der in F i g. 2 gezeigten Bauteile wird die Mo- der unipolaren als auch der bipolaren Erregungsa

torwicklung 26 α des Ständerpols 14 a erregt, wo- verwenden.

durch auf der Polseite neben dem Glied 18 ein ma- Ein Hauptmerkmal der Erfindung ist in der A'

gnetischer Südpol und auf der (in Fig.2 nicht ge- 15 fühleinrichtung zu erblicken, die die Motorwicklui

zeigten) Polseite neben dem anderen Endglied 20 ein gen selbst dazu verwendet, die Überschwingbevn

magnetischer Nordpol erzeugt wird. Eine derartige gung des Schrittmotorläufers zu erfassen.

Erregung hält — bei Abwesenheit äußere Belastun- Wie bereits beschrieben, wird das Weiter- od.

gen — die Zähne des Läufers 12 und des Ständerpols Fortschalten eines Läufers zwischen den magnetise

14 α zueinander ausgerichtet, da die stabile magne- ao stabilen Stellungen begleitet von einer um den Mi

tisch-mechanische Konfiguration dem Mindestener- torpol bei der neuangesteuerten Stellung hin- un

giezustand bei maximalem Fluß und maximaler hergehenden Bewegung des Läufers. Spannungei

Permeabilität entspricht. die durch den hin- und herpendelnden Läufer in de

Falls die Erregung von Pol 14 a beendet und Pol nichterregten Motorpolwicklurigen induziert werdei

14 b erregt wird, um neben dem Glied 18 einen ma- *s stehen in eindeutigem Verhältnis zu der Läufergt

gnetischen Südpol und neben dem Glied 20 einen schwindigkeit und können daher als elektrische S

magnetischen Nordpol zu schaffen, wird der Läufe« gnale zum Dämpfen der Läuferbewegung verwende

12 veranlaßt, sich um eine Halbzahnbreite vorzube- werden.

wegen, so daß die Läuferzähne und die Zähne von F i g. 3 stellt eine Kurve dar, die den Fluß Φ zw

Pol 14 b miteinander zur Ausrichtung gelangen. Eine 30 sehen den Läuferzähnen und den Zähnen des erre>

darauffolgende Außerstromsetzung von Pol 14 & und ten Ständerpols entgegengesetzter Polarität als Funk

eine auf gleiche Weise erzielte Erregung von Pol 14 c Hon der Läuferverschiebung an gegenüberliegende

bringt die Zähne von Läufer 12 und den Pol 14 c zur Seiten der magnetisch stabilen, angesteuerten ode

Ausrichtung, da die durch Pol 14 b erzeugte Weiter- Nullstellung des Läufers neben dem Ständerpc

schaltbewegung die asymmetrische Versetzung der 35 wiedergibt. Die — ^-Koordinaten stellen die Stellun

Läuferzähne und der Zähne von Pol 14 c bewirkt. Im gen auf der einen Seite der Nullstellung und di

weiteren Verlauf wird in einer nächsten Arbeitsstufe + .^-Koordinaten die Stellungen auf der andere

durch die Außerstromsetzung von Pol 14 c und die Seite dar. Während sich nun der Läufer um die Null

Erregung von Pol 14 d ein weiteres schrittweises stellung hin- und herbewegt, wird die Spannung ode

Fortschalten und die Ausrichtung der Läuferzähne 4" elektromotorische Gegenkraft in jeder Motorwick

und der Zähne von Pol 14 d bewirkt. Hiernach stellt lung induziert, wobei die Größe der EMK gleic

die nachfolgende Entregung von Pol 14 d und die Er- Ν(άΦ/άή ist, wenn Φ der Fluß und W die Zahl de

regung von Pol 14 a die Ausrichtung der Läufer- Windungen der Wicklung ist.

zähne und der Zähne von Pol i4a wieder her und Aus Fig.3 ist zu entnehmen, daß die Änderun

bringt die elektrische Erregungsperiode zum Ab- *5 der in einer erregten Polwicklung durch einen einzi

Schluß, so daß der Läufer um ein volles Fortschaltin- gen Durchlauf oder hin- und hergehenden Bewe

krement verschoben wird, das gleich ist der Entfer- gungsablauf des Läufers an der angesteuerten Stel

nung zwischen den entsprechenden Kanten benach- lung induzierte Spannung eine Wellenform aufweist

barter Zähne. Demzufolge bewirken die vier Stufen die dergestalt ist, daß die Größe der induziertei

einer elektrischen Periode eine Weiterbewegung um 50 Spannung an der angesteuerten Stellung Null ist, ob

einen 1/n-tel Betrag einer vollständigen Umdrehung gleich die Geschwindigkeit des Läufers an diesen

des Läufers, wobei η die Anzahl der Zähne von Punkt ein Maximum beträgt Eine Dämpfungskraf

Glied 18 ist. Es ist in der Praxis üblich, einen Auf- für eine hin- und herbewegte Masse sollte im allge

bau der Schrittmotoren zu wählen, für den zweihun- meinen proportional sein zur Geschwindigkeit de:

den Schritte, pro Umdrehung des Läufers durch fol- 55 Masse und einen Maximalwert darstellen, wenn di<

gegemäßes Erregen der Ständerwicklungen erforder- Geschwindigkeit das Höchstmaß erreicht. Deshall

lieh sind. eignen sich die in den erregten Polwicklungen sowoh

Die oben beschriebene Arbeitsweise wird als »uni- der unipolaren als auch der bipolaren Erregungsar

polare« Erregung bezeichnet, da ein Pol zu einem induzierten Spannungen nicht zum Dämpfen vor

Zeitpunkt immer mit der gleichen Polarität erregt 60 Steuersignalen, weil sich die Spannungen nicht ir

wird. Es ist jedoch auch möglich, die Ständerpole brauchbarer Weise mit der Läufergeschwindigkei

paarweise zu erregen. Zusätzlich zur Erregung von verändern.

Pol 14 α in F i g. 2 — um neben Glied 18 einen Süd- Wenn man jedoch die in den Wicklungen induzierpol zu erzeugen — kann auch der Pol 14 c gleichzei- ten Spannungen untersucht, und zwar in den Wicktig erregt werden, um einen Nordpol zu ergeben, der 65 lungen, die nicht vorübergehend auf uni- oder bipoeine wechselseitig wirksame Abstoßung zwischen den lare Art erregt wurden, so ergibt sich eine unterZähnen von Pol 14 c und den benachbarten Zähnen schiedliche Relation zwischen den induzierten Spanvon Glied 18 bewirkt. Da die Zähne von Pol 14 c im nungen und der Läufergeschwindiskeit Die 7ähnp

Io

jedes nicht erregten Pols sind asymmetrisch zu den Läuferzähnen versetzt oder liegen auf halbem Wege zwischen den ausgerichteten und symmetrisch versetzten Stellungen, weshalb der einen solchen nicht erregten Pol durchlaufende Fluß um einen Punkt auf einer Kurve variiert, die den Fluß gegenüber der Verschiebung darstellt, wobei der Punkt zu der angesteuerten oder neutralen Position versetzt ist und nach F i g. 3 — in Abhängigkeit von dem untersuchten, nicht erregten Pols — entweder X₁ oder X_n sein kann. Es ist also ersichtlich, daß die nicht erregten Pole in ihren Wicklungen — infolge der hin- und hergehenden Überschwingbewegung des Läufers — Spannungswellenformen induzieren, die annähernd der Läufergeschwindigkeit proportional sind, da die Fluß-Verschiebungskurve in der Nachbarschaft von X₁ oder X₂ im wesentlichen linear verläuft. Demzufolge stellt der asymmetrisch gegenüber den Läuferzähnen versetzte Zähne aufweisende Polsatz in jeder gegebenen Stufe der Erregungsfolge eine geeignete ao Quelle eines elektrischen Dämpfungssignals dar, um die Hin- und Herbewegung des Läufers 12 an der angesteuerten Position zu dämpfen.

Die Dämpfungssignale, die von der Abfüllvorrichtung erzeugt werden, werden verstärkt und wirken auf einen Ständerpolsatz mit während der betreffenden gegebenen Stufe der Erregungsfolge asymmetrisch versetzten Zähnen ein, um die Läuferbewegungeu durch Aufbringen einer magnetomotorischen Dämpfungskraft auf den Läufer zu dämpfen.

Da die Ständerpole zu den Läuferzähnen während der verschiedenen Stufen der Erregungsfolge in ihren Stellungen unterschiedlich ausgerichtet sind, sind auch die zum Abfühlen und Aufbringen der Dämpfungskräfte verwendeten Pole für jede Stufe verschieden. Das Dämpfungssystem muß Schaltvorrichtungen aufweisen, um die Verbindung zu den jeweiligen Wicklungen bei jeder Schrittstellung des Motors herzustellen. Insbesondere weist die Schaltungsanordnung eine Eingangswahlschaltung auf, durch die die induzierte elektromotorische Kraft in den betreffenden Wicklungen zu den geeigneten Zeitpunkten abgefühlt wird, wobei eine Ausgangswahlschaltung die betreffenden Wicklungen jeweils mit einem Sperrstrom speist, um die magnetomotorische Dämpfungskraft zu erzeugen. Eine derartige Anordnung ist in F i g. 4 dargestellt.

Die Ansteuereinheit 40 herkömmlicher Bauart und die Schalteinheit 42, die aus einem Satz Antriebsschalter und Leistungsverstärker besteht, sind an die vier Pole des Schrittmotors 10 angeschlossen und schematisch in Fig.4 wiedergegeben. Der Aufbau der Ansteuereinheit, der Antriebsschalter und Verstärker wird nicht im einzelnen behandelt, da dies nicht zu Erfindung gshört und dem Fachmann bekannt ist Im allgemeinen werden Eingabebefehle, die gewöhnlich aus einer Impulsreihe bestehen, von denen jede in der Erregungsfolge des Motors einen Schritt durchschaltet und steuert, und ein Richrungssignai, das die Richtung der Motordrehung bestimmt, über die Leitung 44 der Ansteuereinheit 40 zugeführt, und von dieser werden sie umgewandelt in Signale, die über die Leitung 46 an die Antriebsschalter der Schalteinheit 42 übertragen werden, so daß die Wicklungen des Motors in entsprechender Weise ⁶S erregt werden.

Bei den? Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4 wird die magnetomotorische Dämpfungskraft auf dem Läufer des Motors von einem asymmetrischen Ständerpol erzeugt, der sich von demjenigen unterscheiden, der zum Abfühlen des Geschwindigkeitssignals verwendet wird. Hier wird, wie bereits erwähnt, der Ausdruck »asymmetrischer Ständerpol« dahingehend verstanden, daß damit ein Ständerpol gemeint ist, der in dem in Betracht kommenden Augenblick gegenüber den Läuferzähnen nicht vollständig ausgerichtet oder symmetrisch angeordnet ist, wenn davon ausgegangen wird, daß sich der Läufer in seiner angesteuerten Stellung befindet. Um die für die Läufergeschwindigkeit repräsentative EMK abzufühlen, ist jede der Motorwicklungen mit einer Eingangswahlschaltung 50 verbunden. Diese ist im wesentlichen eine durch Signale von der Ansteuereinheit synchron mit der Schrittbewegung des Motors gesteuerte Schaltvorrichtung, wobei diese Signale der Ansteuereinheit über die Leitung 56 zugeführt werden. Insbesondere ist die Eingangswahlschaltung 50 mit der Schrittbewegung des Läufers in Phase gesetzt, so daß die Motorwicklungen reihenfolgegerecht an den Eingang des Verstärkers 52 in einer Weise angeschlossen sind, daß für jede Schrittstellung des Motors nur eine Wicklung an den Verstärker 52 angeschlossen wird, wobei diese Wicklung eine Wicklung eines asymmetrischen Motorpols ist. Der Verstärker 52 spricht auf ein Signal an, das in der durch die Ansteuereinheit 40 angeschlossenen Motorwicklung induziert wird, worauf ein Ausgangssignal erzeugt wird, das über eine Ausgangswahlschaltung 54 an eine oder mehrere weitere asymmetrische Motorwicklungen gegeben wird, um eine magnetomotorische Kraft zu erzeugen, die der Hin- und Herbewegung des Läufers entgegengesetzt ist. Die Ausgangswahlschaltung 54 ist eine oder kann eine Schaltvorrichtung sein, die im allgemeinen der Eingangswahischaltung gleicht, die gesteuert wird von Signalen, welche phasenbezogen zu der Schrittbewegung des Motors 10 über Jie Leitung 56 von der Ansteuereinheit 40 abgegeben werden, um den Ausgang des Verstärkers 52 reihenfolgegemäß an die Motorwicklungen zu legen, derart, daß für jede Schrittstellung des Motors der Ausgang des Verstärkers an eine von der Erzeugung des Eingangssignals unterschiedliche Wicklung wenigstens eines asymmetrischen Pols angeschlossen wird. Bei einem Motor mit einer großen Anzahl asymmetrischer Pole für jede Schrittstellung wird der Verstärkerausgang vorzugsweise an die Wicklungen einer Anzahl dieser Pole angeschlossen. Wenn z.B. die Motorpole und der Läufer sich in der in F i g. 2 dargestellten Stellung befinden, würde die Eingangswahlschaltung 50 in Betrieb treten, um die in dei Wicklung 26 b induzierte Spannung abzufühlen, und die Ausgangswahtechaltung 54 würde in Tätigkeil treten, um die Wicklung 26 d mit dem Ausgang des Verstärkers 52 zu erregen.

In F i g. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dei Schaltungsanordnung dargestellt, das sich von denn nach Fig.4 dadurch unterscheidet, daß es das Dämpfungssteuer- oder Eingangssignal von der gleichen asymmetrischen Motorpolwicklung herleitet, die zur Erzeugung der auf den Läufer wirkenden magnetomotorischen Dämpfungskraft verwendet wird Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Ansteuereinheit 40 und der Antriebsschalter sowie die Schalteinheit 42 den in F i g. 4 dargestellten gleichen Der durch das Bezugszeichen 60 allgemein gekennzeichnete Schrittmotor ist nur geringfügig im Aufbau

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von dem Motor 10 der F i g. 4 verschieden. Insbeson- an der gleichen Motorwicklung wie die Ausgangsleidere unterscheidet er sich dadurch von diesem, daß tung 79, auf' der der Ausgang der Ausgangswahldie Vorwiderstände 64 zwischen den jeweilig ent- schaltung 78 erscheint. Obgleich in der Zeichnung sprechenden Motorwicklungen 62 und Erde liegen. der Motor 60 mit getrennten Vorwiderständen 64 Die Eingangswahlschaltung 70 weist einen Satz Lei- 5 ausgerüstet ist, würde ein einziger geerdeter Widertungen 71 auf, die nacheinander über die Eingangs- stand, der an die Eingangsleitung 77 von Verstärker wahlschaltung 70 reihenfolgegerecht an die entspre- 76 angeschlossen ist, dem gleichen Zweck dienen, chende Ausgangsleitung 75 angeschlossen werden, vorausgesetzt, daß die Motorwicklungen nicht geerdie einen induktiven Lastausgleichwiderstand 72 und det sind.

einen Lastausgleichwiderstand 74 aufweist, welche in io Die Brückenschaltungen, die reihenfolgegemäß Serie liegen und Impedanzwerte besitzen, die fast durch die Eingangswahlschaltung 70 gebildet werzehnmal höher liegen als die einzelnen Wicklungen den, verwenden den induktiven Lastausgleichwider-62 bzw. die Widerstände 64. An dem anderen Ende stand 72 und den Lastausgleichwiderstand 74, um liegt jede Eingangsleitung 71 an einem Ende einer die Motorwicklungen im hochohmigen Impedanzleizugeordneten Motorwicklung und an dem Ausgang 15 tungszweig der Brücke zu simulieren. Wenn keine des Antriebsschalters, der jeder Wicklung zugeordnet Spannung vom Läufer in den asymmetrischen Polist. Die Eingangswahlschaltung 70 weist einen zwei- wicklungen induziert wird, was anzeigt, daß dieser ten Satz Eingangsleitungen 73 auf, die einzeln nach- Läufer stillsteht, befindet sich die Brücke im Gleicheinander in zeitlicher Reihenfolge über eben diese gewicht und in Nullage. Bei einem sich bewegenden Schaltung an eine entsprechende Ausgangsleitung 77 ao Läufer bringt die in der Polwicklung der Brücke inangeschlossen werden, die zu einem Differential- duzierte Spannung die Brücke aus dem Gleichge-Dämpfungsverstärkcr 76 führen. An dem anderen wicht, wobei die Ausgangswahlschaltung 78 der glei-Ende liegt jede Eingangsleitung 73 an dem Verbin- chen Polwicklung einen umkehrbaren Dämpfungsdungspunkt zwischen einem der zugeordneten Mo- strom vom Verstärker 76 zuführt, um die magnetotorwicklungen und ihrem Vorwiderstand 64. Die as motorische Dämpfungskraft am Läufer zu erzeugen. Motorwicklungen 62 und die Widerstände 64 werden Es ist selbstverständlich, daß die erfolgsgemäße sequentiell mit dem induktiven Lastausgleichwider- Schaltungsanordnung, die an Hand von zwei Ausfühstand 72 und dem Lastausgleichwiderstand 74 über rungsbeispielen beschrieben wurde, Veränderungen den ersten Satz der Eingangsleitungen 71 und der be- erfahren kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu treffenden Ausgangsleitung 75 parallel geschaltet, 30 verlassen. Es wäre z.B. nicht nötig, daß bei einem um reihenfolgegemäß Brückenschaltungen zu bilden. Schrittmotor mit einem Satz Wicklungen, die in Der induktive Widerstand 72 und der Widerstand 74 Phase reihenfolgegerecht erregt werden, die Dämpstellen den hochohmigen Impedanzleitungszweig je- hubeinrichtung alle Wicklungssatze zum Dämpfen der Serienbrückenschaltung dar, während die Wick- verwendet, noch wäre es erforderlich, daß die Anhingen 62 und die Widerstände 64 aufeinanderfol- 35 zahl spezifischer Sätze von Wicklungen, die zum Abgend den niederohmigen Leitungszweig der Brücken- fühlen verwendet werden, gleich ist der Anzahl der schaltungen ergeben. Die Schaltfolge von der Ein- spezifischen Sätze von Wicklungen, die zum Aufgangswahlschaltung 70 über den zweiten Satz der bringen der Dämpfungskraft auf den Läufer verwen-Eingangsleitungen 73 steht in Beziehung zur Schal- det werden. Es könnte auch angefacht sein, einen tungsreihenfolge über den ersten Satz der Eingangs- *o auf Geschwindigkeit ansprechenden Ausschalter einleitungen 71, so daß die Ausgleichsspannungen über zubauen, um zu verhindern, daß während schneller jeder "reihenfolgegemäß gebildcteten Brückenschal- Umdrehungsbewegung auf den Läufer keine Dämpfung an den Eingängen des Differentialverstärkers 76 fungskraft aufgebracht wird. Ein hierfür verwendbaerscheint. rer Ausschalter könnte ein mit Impulsen arbeitender Der Ausgang des Verstärkers 76 wird über die 45 Geschwindigkeitsmeßwertgeber, der an die Ansteuer-Ausgnnsswahlschaltung 78 den jeweiligen Wicklun- einheit 40 angeschlossen ist, und ein Schalter sein, gen 62 durch die Ausgangsleitungen 79 zugeführt. der den Dämpfungsausgang des Verstärkers unter-Auch hier sind die Ausgangswahlschaltung 78 und bricht. Es ist darüber hinaus zu bemerken, daß der die Eingangswahlschaltung 70 synchron arbeitende Gedanke, Motonvicklungen zum Abfühlen eines Ge-Schaltvorrichtungen, die in Phasenbezeichnung zur 50 schwindigkeitssignals und zum Aufbringen einer Schrittgeschwindigkeit des Motors von den über die Dämpfungskraft auf einen Läufer zu verwenden, Leitung 56 von der Ansteuereinheit 40 gelieferten Si- sich auch auf Linearsntriebs-Schrittmotoren ergnalen gesteuert werden. Diese Synchronisierung ist streckt, z. B. von der Art bei der der Anker oder jedoch derart, daß das Dämpfungssignal in der glei- Läufer ein elektromagnetischer Kopf oder »Treiber« chen asymmetrischen Motorpolwicklung ermittelt 55 ist, der auf einem Flüssigkeitskissen über einer mawird, die dazu verwendet wird, die Dämpfungskraft gnetisch permeablen Platte mit waffeleisenförmig anzu erzeugen. Mit anderen Worten liegt also die Ein- geordneten Zähnen verschoben wird, indem die Polgangsleitung 71, die während irgendeiner gegebenen wicklungen des elektromagnetischen Treibers in Schrittstellung zum Liefern oder Zuführen des Ein- einer vollständigen, in Phase gebrachten elektrischen gangs- oder Dämpfungssteuersignals verwendet wird, 60 Erregungsfolge erregt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Steuerung eines mehrphasigen Schrittmotors mit einer Ansteuererabett und einer Schalteinheit zur folgerichtigen Erregung der zur Erzeugung der Läuferbewegungen dienenden Motorpolwicklungen und mit einer von der Ansteuereinheit mitgesteuerten Bremseinrichtung, die mindestens eine der zur augenblicklichen Schrittbewegung nicht erregten Motorpolwicklungen nach dem Beginn der Schrittbewegung zur Erzeugung einer Dämpfungskraft erregt, dadurch gekennzeicbnet, daß bei einem Schrittmotor mit permanentmagnetischem Läufer (12) die während einer Erregungsphase in einer der nicht von der Ansteuereinheit (40) erregten, zur Erzeugung der Läuferbewegungen während anderer Erregungsphasen ao dienenden Motorwicklungen (26; 62) induzierte Spannung als Eingangssignal über eine zur Bremseinrichtung gehörende Eingangswahlschaltung (50; 70) einer ebenfalls zur Bremseinrichtung gehörenden Ausgangswahlschaltung (54; 78) zur Auslösung der Dämpfungskraft zugeführt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswahlschaltung (50; 70) und die Ausgangswahlschaltung (54; 78) Synchronschaltungen sind, die eine Schaltgeschwindigkeit besitzen, die von der Ansteuereinheit (40) mit der Schrittbewegung des Läufers (12) synchronisiert ist.

3. Schaltungsanordnung na\_n Anspruch 1 oder

2, dadurch gekennzeichnet. da^r der Schrittmotor Zähne (21) am Läufer (12) sowie ortsfeste Ständerpole (14) mit Zähnen (28) gleicher Teilung aufweist, daß die Ständerpole (14) so gegenüber dem Läufer (12) angeordnet sind, daß die Zähne (21) des Läufers (12) gegenüber den Zähnen (28) der Ständerpole (14) in einer fortlaufenden Folge eine symmetrische und eine asymmetrische Stellung zueinander einnehmen, wenn dei Läufer (12) sich gegenüber den ortsfesten Ständerpolen (14) in Abhängigkeit der Erregungsimpulsfolge verschiebt, wobei die Eingangssignale für die Eingangswahlschaltung (50; 70) den Motorwicklungen (z.B. 266, 265) entnommen sind, deren zugeordnete Zähne (28) der Ständerpole (z.B. 14b, 14rf) mit den Zähnen (21) des Läufers (12) nach einer Erregungsphase die asymmetrische Stellung einnehmen.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswahlschaltung (54; 78) an den Ausgang der Eingangswahlschaltung (50; 70) angeschlossen ist und ihrerseits ausgangsseitig an den Motorwicklungen (26; 62) liegt, die hierdurch in Abhängigkeit von der induzierten, seitens der Eingangswahlschaltung erfaßten Spannung einen Dämpfungsstrom erhalten.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang der Ausgangswahlschaltung (54; 78) ein Verstärker (52; 76) vorgeschaltet ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aniiteuereinheit (40) und die Schalteinheit (42) während jeder Phase einer bipolaren ebktrischen Erregungsirapulsfolge wenigstens zwei Wicklungen (26) schalten und daß der Ausgang der Eingangswahlschaltung (SO) Über die Ausgangswahlscbaltung(54) mit einem Eingang der Eragangswahlscbaltung (50) verbunden ist, der einer während der Erregungsphase nicht geschalteten und auch nicht den Eingangsirapuls liefernden Motorwicklung zugeordnet ist (F i g. 4).

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuereinricbtung (40) und die Schalteinheit (42) während jeder Erregungsphase einer bipolaren elektrischen Erregungsimpulsfolge wenigstens zwei Wicklungen (62) schalten und daß der Ausgang der Eingangswahlschaltung (50) über die Ausgangswahlschaltung (54) mit einem Eingang der Eingangswahlschaltung '(50) verbunden ist, der einer während der Erregungsphase nicht geschalteten, jedoch den Eingangsimpuls liefernden Motorwicklung zugeordnet ist (F i g. 5).