DE2513758A1

DE2513758A1 - Elektronische schaltgruppe fuer elektromotore autosynchronischen typs

Info

Publication number: DE2513758A1
Application number: DE19752513758
Authority: DE
Inventors: Pierre Albert Marie D Valroger
Original assignee: VALROGER PIERRE ALBERT MARIE DE
Current assignee: VALROGER PIERRE ALBERT MARIE DE
Priority date: 1974-03-28
Filing date: 1975-03-27
Publication date: 1975-10-09
Also published as: DE2513758C2; US4027213A; CH601943A5

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Umschaltanordnung, die eine Speisung"eines autosynchronen Elektromotors aus einer Gleichstromquelle " ermöglicht. Dieser Motor besteht aus einem Stator mit einer Mehrphasenwicklung und einem magnetischen Rotor, der mechanisch gekuppelt ist mit dem einer Meßeinrichtung/Anzeige von Winkelstellung und Winkelgeschwindigkeit, im folgenden als Geber , bezeichnet. Diese Schaltanordnung besitzt für jede Phase der Statorwicklung einen Schaltkreis, der z. B. ein Paar Thyristoren aufweist oder ein Paar Leistungstransistoren, vorzugsweise komplimentären Typs, welchen ein Paar Verstärkertransistoren

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vorgeschaltet ist, die an pLhrenfJasen und ihren Emittern parallel geschaltet sind. Der Betrieb der verschiedenen Schaltkreise wird sequentiell gesteuert durch Signa^-le, die von dem Geber empfangen werden, derart, daß die verschiedenen Phasen der Statorwicklung durch

fnellen, d.h. ihre Richtung wechselnden/

ein System von mehrphasigen bidirektic3 Strömen gespeist werden sollen, die annähernd sinusförmig ansteigen und abklingen und zwar stufenförmig in der Größenordnung von z. B. 12 Stufen pro Periode im Falle eines Dreiphasensystems. Die Frequenz und der Phasenwinkel dieser Ströme werden daher durch die Geschwindigkeit des Rotors des Motors bzw. durch die Stellung des Rotors in Bezug auf den Stator bestimmt.

Eine solche elektrische Schaltanordnung ist bereits von den Anmeldern, insbesondere in ihrem französischen Patent Nr. 2 216 711 vom 2. 2. 1973 beschrieben wordji, die Anmeldung selbst resultiert aus der Umwandlung einer zu dem früheren Patent Nr. 1 535 489 vom 21. 4. 1967 gehörenden Zusatzanmeldung in ein selbstständiges Patent.

In einer derartigen elektronischen Schaltanordnung hat die Verwendung eines induktiven Gebers, der an den Motor angeschlossen oder in ihm eingebaut ist, um Signale zur Anzeige von Geschwindigkeit und Stellung des Rotors und zur sequentiellen Steuerung der Schaltkreise auszusenden, den

ι Vorteil der Einfachheit und der relativen Wirtschaftlichkeit für sich.

Sie besitzt dagegen auch den Nachteil, daß der Geber seine Funktion nur

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dann voll erfüllen kann, wenn er von einem gewissen Schwellwert der Rotcc· geschwindigkeit ab startet. Diese Schwelle ist zwar niedrig, sie kann jedoch in gewissen Fällen hoch genug sein, um ein Anfahren des Motors zu behindern, besonders, wenn dieser unter Last arbeiten muß.

Eines der Ziele dieser Erfindung besteht in der Ausmerzung dieses Nachteiles und in der PerfekÜonierung einer solchen elektronischen Schaltanordnung der Art, daß der Motor in der Lage sein soll, von selbst anzulaufen, indem er bereits beim Einschalten der Spannung und während der gesamten Dauer

Dreh-

des Hochfahrens ein Moment entwickelt, das seinem maximalen Moment entspricht oder zumindest nahekommt.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß jedem Schaltkreis einer solchen wie oben definierten elektrischen Schaltungsanordnung eine

len elektronische Flip-Fl·p-Schaltung mit drei stabi' Schaltzuständen oder -Stellungen zugeordnet ist, die in Abhängigkeit von Signalen, die ihr zugeführt werden, eine positive, keine oder eine negative Spannung liefert, derart, daß sie eine Alles- oder Nicht-Steuerung des angeschlossenen Schaltkreises bewirkt, daß die Bhgänge dieser verschiedenen Flip-'Flop-Schaltungen alle gleichzeitig angesteuert werden von den Signalen des Gebers sowie von den \ Signalen einer Einrichtung zur sequentiellen Erregung !bei relativ niedriger Frequenz. Bei dieser Einrichtung hängt die Funktion nicht von der Stellung und der Geschwindigkeit des Rotors ab und bei ihr beschränkt sich die Einwirkung auf besagte Flip-Flop-Schaltungen auf die Periode des Anfahrens und der Anfangsbeechleunigung des Motors. Sie wird ab einem

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vorher bestimmten Wert der Geschwindigkeit ersetzt durch die Wirkung des Gebers. Die Einrichtung zur sequentiellen Erregung braucht, dank der Einfügung der elektrischen Flip-Flop-Schaltungen, nur sehr schwache Steuersignale auszusenden. Sie ersetzt daher den induktiven Geber im Bereiche der niedrigsten Geschwindigkeiten, wo jener praktisch nicht arbeitet. Die Verwendung von elektronischen Flip-Flop-Schaltungen mit drei stabilen Schaltzuständen erlaubt darüberhinaus schon bei schwachen Signalen, eine ganz einfache und sichere Steuerung der Schaltkreise, die den Strom zu den verschiedenen Phasen der Statoiificklung des Motors kontrollieren. Der Geber für die Winkelstellung und die Winkelgeschwindigkeit des Rotors des Motors legt gewissermaßen das Programm der Schaltung fest und gewährleistet in Kombination mit der Einrichtung zur sequentielle^ Erregung und den elektrischen Flip-Fip-Schaltungen(die Gesamtheit der beiden wird in der Folge vereinbarungsgemäß als "statischer Permutator" bezeichnet), eine kinematische Speicherung, dessen Wirkung das Ingangsetzen des Motors ausdrucklich voraussetzt.

In einer ersten Ausführungsform der Erfindung, die diskrete und/oder integrierte elektronische Bausteine verwendet und die besonders im Fall eines induktiven Gebers, . der seine Anlagen in analoger Form liefert, besser yer-i

ist,
wendbar/kann jede der elektronischen Flip-Flop-Schaltungen zwei Paar Transistoren, vorzüglich des komplementären Typs, aufweisen. Die Transistoren der Eingangsstufe sind hierbei mit ihren Basen und ihren Emittern parallel

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geschaltet, währenddessen bei denjenigen der Ausgangsstufe die Kollektoren am Ausgang der Flip-Flop-Schaltung miteinander verbunden und die Emitter jeweils an die zwei Pole einer Gleichspannungsquelle angeschlossen sind. Ein zwischen den gemeinsamen Punkt der Kollektoren der Ausgangstransistoren und den der Basen der Eingangstransistoren eingeschalteter Widerstand sorgt für die für den Flip-Flop-Effekt erforderliche Rückkopplung. Mindestens zwei dieser elektronischen Flip-Flops können ihre Eingänge jeweils an die zwei Pole der Gleichspannungsquelle gelegt haben und zwar mittels passiver

mente

Schaltele'f I so z. B. Kondensatoren oder Widerstände;, Diese dienen zur Auslösung eines ersten Umklappens besagter Flip-Flops beim Einschalten der Spannung, um den Motor in der gewünschten Drehrichtung anfahren zu können.

Indem sie eine Anfangspolung besagter Flip-Flops bewirken, !schaffen

_n mente
diese passiven ^chaltele-rbeim Einschalten der Spannung eine Unsymmetrie in den Stellungen der Flip-Flop-Schaltung, ohne die der Motor nicht angefahren werden könnte. Die Einrichtung zur sequentiellen Erregung bei j niedrigen Frequenzen kann ihrerseits neben den oben erwähnten passiven Bauelementen Verzctßrungsschaltkreise aufweisen. Diese bestehen aus Gruppen von Widerstän-

jeweils den und Kondensatoren im Verhältnis von I einer Gruppe pro Flip-Flop. Jede

dieser Gruppen setzt sich zusammen aus zwei Widerständen in Reihe, die

der Basen

zwischen den gemeinsamen Punkr der Eingangstransistoren eines Flip-Flops und den gemeinsamen Punkt der Kollektoren der Ausgangstransistoren des vorhergehenden oder folgenden Flip-Flops geschaltet sind, sowie aus einem Kondensator, der zwischen den gemeinsamen Punkt besagter Widerstände und

punkt
einem isolierten Verbindungs^· | mit den Kondensatoren der anderen Gruppen

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geschaltet ist. Diese und ähnliche Schaltungsausführungen bilden nur eine Möglichkeit unter anderen zur Realisierung der Erfindung.

Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, von einem induktiven Geber abzugehen und einen echten statischen Speicher vorzusehen, der die Umschaltung bewirkt, sowohl beim kontrollierten Anfahren des Motors, als auch beim eingefahrenen Betrieb.

Dieses Ziel wird mit einer Ausführungsform der Erfindung, die besonders im Falle von numerisch'gesteuerten Motoren für Werkzeugmaschinen besser verwendbar ist, dadurch erreicht, daß die Vorrichtung zur sequentiellen Erregung mit Hilfe von logischen integrierten Schaltkreisen, die ihre Steuersignale in Form von einseitig gerichteten Impulsen oder "Bits" erhalten, realisiert wird und daß der .Geber für die Rotorwinkelstellung und die Rotorwinkelgeschwindigkeit selbst so konzipiert ist, OaQ es seine Angaben digital abgibt. Als logische Schaltkreise können insbesondere Zähler und Dekoder, Schieberegister oder auch noch 'PROM-Speicher verwendet werden, wobei diese Aufzählung im übrigen nicht einschränkend ist. Als Geber kann ein optischer Geber verwendet werden. In einer solchen Ausführungsform der Erfindung können die integrierten logischen Schaltkreise zu /einer Einheit' zusammengefaßt sein^ deren Eingänge ivon den vom Geber stammenden

werden ι arbeiten

Signalen angesteuert'und deren Ausgänge 'auf eine: Grenzschicht^

spielt die die Rolle der Flip-FJcps mit drei stabilen Schaltzuständen' Die Ausgänge

aus
einer solchen Schaltungsanordnung'integrierten logischen Schaltkreisen

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arbeitet also auf drei Leitungspaare. Die durch diese Anordnung auf jeder dieser Leitungen aus-gesandten Signale haben eine rechtwinkelige Form mit zwei Pegelwerten. Die Länge der Intervalle, die diese Signale darstellen, ist ein ganzzahliges Vielfaches der Dauer eines Bits. Jedem Bit entspricht eine einzige ^Änderung des Signalwertes in einer djer. sechs Leitungen. Die Grenzschicht, die die Rolle der Flip-Flops mit drei festen Schaltstellungen spielt, und z. B. mit Hilfe von opto-elektronischen Schaltern aufgebaut wird, empfängt auf 6 Eingängen die von der integrierten Logikschaltgruppe kommenden zweipegeligen Signale und sendet auf 3 Ausgängen drei verschiedene Signale, die "+","o" und "-" bedeuten.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, in der einige bevorzugte Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1: ein Schema des Fuhktionsprinzips der elektronischen Flip-Flop-Schaltungen mit drei stabilen Schaltstellungen,

Fig. 2: ein Ausführungsbeispiel dazu, bei dem zwei der Flip-Flops verbunden werden, um eine bestimmte Last zu speisen,

Fig. 3: eine Anordnung von 3 Flip-Flops, die die drei Motorwicklungen oder Antriebsspuulen eines Autosynchronmotors speisen, der durch

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in drei Geberspulen eines induktiven Gebers induzierte elektromotorische Kräfte umgeschaltet wird,

Fig. 4a und Fig. 4b: ein Beispiel eines Motors in Flachbauweise, ohne

Eisen, der drei Antriebswicklungen und drei Geber-Wicklungen enthält,

Fig. 5: eine Ausführungsform einer Einrichtung zur sequentiellen Erregung, die zusammen mit den Flip-Flops zum Anfahren des Motors verwendet wird,

Fig. 6: ein Schema zurj hilfsweisen Sichtbarmachung der Funktion einer solchen Einrichtung mittels einer leuchtenden Rosette,

Fig. 7: den erzielten stufenförmigen Spannungsverlauf,

Fig. 8: ein Schema einer ersten Ausführungsform der elektronischen Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, die in drei deutlichen Untergruppen die Schaltkreise, nämlich /die elektronischen Flip-Flop-Steuer-Schaltungen und die angeschlossene Einrichtung zur sequentiellen Erregung und einen Basisstrombegrenzer aufweist,

Fig. 9: ein Prinzipschema einer zweiten Ausführungsform der elektronischen Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung mit dem daran angeschlossenen Motor,

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,9 -

Fig. 10: einen optischen Winkelstellungs- und Winkelgeschwindigkeitser.

Fig. 11: eine Frontansicht der Platte, mit der der Geber von Fig. 10 ausgerüstet ist,

Fig. 12a und 12b: erläuternde Schemata, die die jeweilige Position der

Stator- und Rotormagnetfelder des Motors zu einem gegebenen Zeitpunkt zeigen,

Fig. 13: eine Einrichtung zur sequentiellen Erregung mit Hilfe von zwei handelsüblichen Schiebe registern,

Fig. 14α: ein Schema einer schicht mit sechs Eingängen und drei Ausgängen,

Fig. 14b: eine erläuternde Tabelle zur Arbeitsweise der schicht gemäß Fig. 14a und

Fig. 15: einen Strombegrenzer für die zweite Ausführungsform der Erfindung.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sind in die drei Widmungen des Stators die als "Antriebswicklungen" BM 1, BM₀ und BM bezeichnet und sternförmig geschaltet sind, dargestellt. Ihre freien Enden sind nacheinander an die

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Plus- und Minuspole der Speisequelle mittels der Hebel 11,12,13, die sich drehen und dabei drei Stellungen einnehmen können, angeschlossen.

Die drei entsprechenden Gruppen schematisieren drei Flip-Flops BaI, Ba2, Ba3, deren "Kontakthebel" drei Stellungen einnehmen können. Die zwei äußeren Stellungen entsprechen einer Einspeisung und an der mittleren Position erfolgt keinerlei Einspeisung.

Die verschiedenen möglichen Kombinationen ergeben drei Arten, wie der / Speisung jeder Antriebswicklung im einen Sinn und drei Arten der Speisung

Sinn.

im anderen ' /Man erkennt leicht, daß es gut zwölf mögliche Schaltkonfigurationen der Anordnung gibt.

Für den Einsatz der Erfindung sind die oben angegebenen Stromweichen aus Kombinationen von Halbleitern aufgebaut. In einer ersten Ausführungsform der Erfindung, die auf der Verwendung von Transistoren beruht, kann die einfachete Flip-Flop-Schaltung aus vier Transistoren, wie in

Fig. 2 beschrieben, bestehen.

Dieser Flip-Flop enthält zwei komplementäre Leistungstransistoren T und T¹, sowie zwei Verstärkertransistoren t und "t¹ gleichfalls komplementär. Die Basen von t und t¹ sind beV b verbunden, so daß die Basisströme gleiche Richtung haben. Daraus resultiert, daß, wenn t gesättigt ist, t¹ blockiert ,ist und umgekehrt.

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Bei Keiner Umschaltung kann es für die Leistungstransistoren nur drei mögliche Kombinationen geben:

T gesättigt und T¹ blockiert

T blockiert und T' gesättigt

T blockiert und T¹ blockiert.

Die Blockierungen und die Sättigungen ergeben sich aufgrund eines Rückkoppelungsschaltkreises, der einen Widerstand Rr enthält, der den gemeinsamen Kollektor C der Transistoren T und T¹ mit der gemeinsamen Basis b der Transistoren t und t' verbindet. Sobald eine Stromleitung entsteht, verstärkt ' sie sich _ aufgrund der Rückkoppelung.

Wenn man zwei Flip-Flops zusammenschließt wie in Fig. 2, kann man einen Lastwiderstand in einen oder anderen Sinn oder überhaupt nicht speisen. Wenn man Spannung anlegt, wird zunächst die Last nicht gespeist, aber bereits ein Zustand schwacher Stabilität und die geringste Aktion führt zum Umkippen der Flip-Flop-Arordnung nach der einen oder anderen Richtung.

Um ein Umkippen der Flip-Flop-Schaltung in die gewlhschte Richtung sicher zu erzielen, kann man die Polarisationswiderstände, wie RpI und Rp2, die an die gemeinsamen Basen eines jeden Flip-Flops und auf der anderen Seite an die Plus- und Minuspole angeschlossen sind, vor— 'sehen, wie das die Fig. 2 zeigt. In dieser Fig. ist also der obere Transistor T vom Typ pop zur gleichen Zeit wie der untere Transistor T¹ vom Typ npn/gesättigt. Der

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Strom fliäSt in Ch von oben nach unten.

Um die Einspeisespannung eines Dreiphasenstators umzuschalten, kann man drei Flip-Flops analog denen von Fig. 2 verbinden. Die entsprechende Schaltung ist in Fig. 3 dargestellt. Die drei Lastwiderstände, die man' also speisen kann, sind die drei Antriebswicklungen BMl, BM2 und B3, die zu einem Stein geschaltet sind. Den verschiedenen Komponenten jedes Flip-Flops werden jeweils die Indices 1,2 und 3 zugeordnet, mit Ausnahme von einigen, deren Werte identisch sind und die nicht mit Indices versehen sind. Das ist der Fall, bei den Widerständen r und den drei Rückkfjelungswiderständen Rr.

Die Umschaltung der Motorspannung kann von einem induktiven Dreiphasengeber gesteuert werden, der aus einem Rotor und einem Stator analog zu Rotor und Stator des Motors besteht. In Fig. 3 sind die drei entsprechenden Wicklungen BCl, BC2 und BC3 sternförmig geschaltet und ihre freien Enden sind jeweils an die gemeinsamen Basen b}, b2, b3 angeschlossen und stellen so die Eingänge der Flip-Flops dar.

Die Schaltung von Fig. 3 stellt nur scheinbar eine Analogie dar zu der in dem französischen Patent 2 216 711, denn ihre Arbeitsweise ist / in der Tat unterschiedlich. Wiihrend in dieser früheren Anmeldung die Tran-

und allmählich sistoren T und T¹ nur fortschreitend'gesättigt werden, da ein bestimmter

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Strom an die Basen der Transistoren t und t¹ geliefert werden muß, was wiederum voraussetzt, daß eine gewisse Rotationsgeschwindigkeit erreicht ist, gelangen im Fall der vorliegenden Schaltung und aufgrund der hier vorgesehenen Flip-Flops die Leistungstronsistoren nicht in den Zustand,der zwischen Blockierung und Sttigung liegt. Diese Sättigung geschieht also plötzlich und abrupt aufgrund des Alles- oder Nichts-Kommandos, das die

Flip-Flops empfangen, sobald eine gewisse Schwelle der Geschwindigkeit überist
schritten worden ist. Einerseits'die Wirkung des Gebers kräftig und das Moment kann also oberhalb einer relativ niedrigen Schwelle der Geschwindigkeit maximal sein. Andererseits verlangt man nicht mehr vom induktiven Geber, daß er die Basen der Verstärkertransistoren speist, sondern nur, daß er einen empfindlichen Flip-Flop auslöst, was eine Reduzierung der Leistung dieses Gebers und eine merkliche Verkleinerung der Abmessungen erlaubt. Daher sind auch zwischen die Geber-wicklungen BCl, BC2, BC3 und die gemeinsamen Basen bi, b2, b3 Widerstände RiI,Ri2, Ri3, deren Werte einige hundert Kiloohm erreichen können, geschaltet.

Man kann den Motor durch anfängliche Polarisierung von mindestens zwei Flip-Flops, wie bereits erklärt, starten. Wenn der Rotor eine Winkelstellung wie in Ruhelage besitzt, bewirkt diese Polarisation eine Anfangsrotation. Es genügt, daß diese Rotation über der Aktionsschwelle des Gebers

liegt, damit der Motor seine Rotation über seine Anlaufbewegung hinaus fortsetzt.

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In Fig. 9 wird die Polarisation nicht mehr durch Widerstände Rp wie in Fig. 2 erhalten sondern durch Kondensatoren Cp, welche in manchen Fällen gewisse Vorteile bieten. Man kann oft auch Kondensatoren mit Nebenwiderständen verwenden. Beim vorliegenden Beispiel sind Kondensatoren CpI und Cp3 jeweils zwischen den Plus- und Minuspol einerseits und die gemeinsamen Basen bl und b3 andererseits gescloLtet. Sie bewirken den leitenden Zustand von Tl und T'3, d. h. die Speisung von BMI und BM3 im umgekehrten Sinn.

Wie die Widmungen BM und BC ausgebildet sein können, zeigen die Fig. 4a und 4b am Beispiel eines Motors in Flachbauweise ohne Eisen. In diesem Beispiel besteht der Rotor aus einer Platte Pl aus ferromagnetischem Material, die in senkrechter Anordnung auf der Motorwelle befestigt ist, und auf welcher ein Ring B aus hartem Ferrit in Form eines Torus aufgeklebt ist, der in gleichen Sektoren in axialer Richtung magnetisiert ist, derart, daß sich in symmetrischer Verteilung acht magnetische Pole, also abwechselnd ein Nord- und ein Südpol, ergfcen. Die obere Fig. 4a stellt einen Schnitt durch die Rotorachse dar und zeigt zwei Südpole S, die sich diametral gegen überliegen. Gegenüber den Magnetpolen N und S, die so in einer Ebene aufeinanderfolgen, befindet sich der Stator, der aus sechs trapezförmigen Wicklungen besteht, die in einem Isoliergestell - oder Ständer S¹ eingesetzt sind, dargestellt im Schnitt in der oberen Ansicht gemäß Fig. 4a.

» Jede Wicklung hat eine winkelförmige Öffnung von 45 . Diese Wicklungen

Fig. ersichtlich sind symmetrisch verteilt, wie in der unteren Darstellung gemäß^4b. Jede Widiung des Gebers ist so zwischen zwei Motorwicklungen angeordnet und

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diese Wicklungen BC und BMliegen sich, jeweils mit einem gleichen Index versehen, gegenüber.

Damit der Motor unter Last anläuft und seine Geschwindigkeit allmählich zunimmt, wobei er ein wünschenswertes Drehmoment, möglichst in der Nähe seines maximalen Drehmomentes liefert bis zu dem Augeblick, wo der oben erwähnte Schwellwert der Geschwindigkeit überschritten wird, bei dem der induktive Geber wirksam wird, sieht die Erfindung vor, daß die Steuerung der Flip-'Flops in diesem Bereich sehr nied^riger Geschwindigkeiten von einer Einrichtung zur sequentiellen Erregung bei niedriger Frequenz übernommen wird, welche mit den Flip-Flops den schon erwähnten statischen Permutator bildet. Ein Schaltschema hierfür ist anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Fig. 5 dargestellt. In diesem Beispiel weist die Einrichtung zur sequentiellen Erregung drei Verzögerungskreise auf. Hier sind zum besseren Verständnis der Wirkungsweise die Lastwiderstände, welche normalerweise durch die drei Motorwicklungen gebildet werden, in jeder Phase ersetzt durch drei Paar Lampen L, welche mit drei Paar Dioden d, welche entgegengesetzt gepolt sind, verbunden sind. Die.Indices von L und d entsprechen denen der drei Phasen. Die drei Verzögerungskreise sind jeweils gebildet durch die folgenden drei Gruppen von Widerständen und Kondensatoren: Rl 31, R¹I 31 und Cl 1 einerseits, Rl 12, R¹I 12 und Cl 2 andererseits und schließlich durch Rl 23, R¹I 23 und Cl 3.

schaltet
Wenn die Speisespannung einge-s- ist, entsteht ein Kippvorgang der Phasen 1 und

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3 aufgrund der Wirkung der Kondensatoren CpI und Cp3, wie oben bereits beschrieben. Die Lampen Ll und L3 werden gezündet und leuchten gleichermaßen. Es liegt eine Schaltkonfiguration vor, die vereinbarungsgemäß mit der Nummer 2 bezeichnet wird. Die zwei UmkippvorgUnge bilden die anfängliche Zündung= Wenn diese erreicht ist, ist Cl pcätiv ebenso bl,und C3 ist negativ ebenso wie b3.

Das zweite Flip-Flop befindet sich dann im mittleren Schaltzustand. Ein Strom fließt von Cl nach B2 über die Widerstände Rl 12 und R'l 12, der zur Wirkung hat, daß b2 positiv wird. Diese Wirkung entsteht mit einer

erst gewissen Verzögerung, denn der Kondensator Cl 2 muß sich'aufladen. Wenn es soweit ist,kippt die Phase 2, wobei T2 leitend gemacht wird. Der durch Tl fließende Strom und jetzt auch der durch T 2 fließen durch T'3 ab. Diese nun vorliegende Schaltkonfiguration Nr. 3 ist gekennzeichnet durch die Zündung der Lampen Ll,L2 und L'3, wobei die letztere am stärksten leuchtet.

Betrachtet man das erste Flip-Flop, das immer noch sich in seiner einen Extremstellung befindet, so erkennt man, daß aufgrund der negativen Polarität von C3 ein Strom fließt von bl nach C3 über die Widerstände R¹I 31 und Rl 31. Er bewirkt, daß die Polarität von b1 vom Positiven zum Negativen

erst
übergeht. Es muß sich jedoch!die Entladung des Kondensators Cl 1 vollziehen, was eine Verzögerung verursacht. Außerdem wird, bevor es negativ wird, das Rtential von bl 0, was das erste Flip-Flop in den mittleren

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Schaltzustand versetzt. Tl leitet nicht mehr, und es leuchten nur mehr die Lampen in den Phasen 2 und 3. L2 und L¹3 leuchten gleichermaßen stark. Es liegt die Schaltkonfiguration Nr. 4 vor.

Indem man diese vorstehende Überlegung fortsetzt, erkennt man, daß die drei gemeinsamen Basen bi, b2 und b3 abwechselnd positiv und negativ werden, wie es im folgenden noch !beschrieben ist.

Wenn man die sechs Lampen in Form einer Rosette anordnet, wie in Fig. 6 dargestellt, stellt man ein aufeinanderfolgendes Erleuchten und Erlöschen der Lampen Ll, L*3,· L2, L¹I, L3, L'2 fest entsprechen! den zwölf Umachaltkonfigurationen. Dieses Erleuchten und Erlöschen bewirkt eine leuchtende Rotation im Sinn des Pfeiles f.

Wenn man in einer Grafik die Änderung der Spannung zwischen einem gemeinsamen Kollektor, Cl z. B.,und dem Nullleiter N darstellt, erhält man die zwölf Spannungsstufen der Fig. 7, wobei die Periode To ist. Bei C2 und C3 erhält man analoge Darstellungen, die lediglich längs der Horizontalachse (Zeitachse) um ein Drittel der Periode verschoben sind. Von den zwölf Schaltkonfigurationen gibt es fünf, wo der Kollektor C positiv ist und fünf, wo er negativ ist.

Um die so bewirkte Permutation durchzuführen, erscheint es vorteilhaft, den Teil "Permutation" von dem Teil "Leistungsumschaltung" au trennen.

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Dies ist in dem Schaltshema gemäß Fig. 8 dargestellt, das sich auf eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Umschaltanordnung bezieht.

Hier sind in einem durch gestrichelte Linien dargestellten Rahmen P die vorstehend angeführten Teile angeordnet, die insgesamt den "statischen Permutator" bilden. Diese Anordnung kann von einer Spannung υ gespeist werden, welche kleiner ist als die Speisespannung U des Motors. Man kann den Permutator auch in Form von integrierten Schaltkreisen mit kleinen Abmessungen, wie sie für alle Motoren üblich sind, aufbauen.

In dem Rahmen M hat man die Gesamtheit der eigentlichen Umschaltkreise des Motors angeadnet, die drei Motorwicklungen BM 1, BM 2, BM 3, wobei die Umschaltung über den Permutator P gesteuert wird durch die drei Geberwicklungen BC 1, BC 2 und BC 3, die zu einem Stern geschaltet sind.

Wenn die Polaritäten der gemeinsamen Kollektoren Cl, C2 und C3 des Permutators diejenigen sind wie vorstehend angegeben und in Fig. 7 erläutert, genügt es, diese drei Kollektoren an drei gemeinsame Basen blM, b2M und b3M von M anzuschließen, um in den Wicklungen BM 1, BM2 und BM 3 die Ströme und Spannungen der vorgenannten zwölf Schpltkonfigurationen zu erhalten.

- is:-

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Diese Anschlüsse werden hergestellt durch die WiderständeRM 1, RM 2 und
RM 3. Ihre Widerstände sind hoch, in der Größenordnung von 100 bis 500
Kiloohm, wenn es sich um Transistoren tiM, t'IM, t2M, t'2M, t3M und t'3M vom Darlington-Typ handelt.

Wenn die Speisespannung υ des Permutators sehr verschieden von derjenigen U des Motors ist, ist eine Angleichung der mittleren Potentiale innerhalb des Rahmens P wie im Rahmen M zweckmäßig. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man den Nullleiter NP mit dem Zwischennullleiter η von M durch
die Leitung Pot /verbindet.

Damit der Geber symmetrisch arbeitet, ist es erforderlich, den Nullleiter N¹ der zum Stern geschalteten Geberwicklungen mit dem Zwischennullleiter nP i von P zu verbinden, wobei der letztere mit den sechs Emittern der
sechs Verstärkertransistoren t von P in Verbindung steht.

Wenn der Motor sich unter der Wirkung des Permutators P zu drehen beginnt, werden die Geberspulen wirksam, sobald die Geschwindigkeit den für die Wirkung des Gebers maßgeblichen Schwellwert überschreitet. Er wikt, in-dem er periodisch die Polarität der Basen b verändert, was die parallele Veränderung der F&arität der Basen bM zur Folge hat.

Der Motor, der unter der Wirkung des Permutators als Synchronmotor angelaufen ist, beginnt unter der Wirkung des Gebers autosynchron weiterzulaufen und

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normal zu beschleunigen. Während der Permutator nicht mehr folgen" kann, übernimmt der Geber die Steuerung. Das Drehmoment behält seinen maximalen Wert in beiden Fällen.

Um eine automatische Begrenzung des Stroms im Motor zu erreichen, kann man

lOies .wird υnter Einwirkungy

mit zerhacktem Strom arbeiten^fnamentlich in diel sechs Leistungstransistoren TM, " !durch Erhöhung der / Spannung an den Klemmen eines Nebenwiderstandes erreicht, der ein Hysterese-Flip_rFlop auslöst. J \ Die Rolle des Flip-Flops ist es, den Zwischennullleiter mP des Permutators an den negativen Pol zu legen, sobald der Strom im Motor einen bestimmten Wert überschreitet. Die Txmsistoren t¹ des Permutators bleiben dann blockiert, was eine Begrenzung des Motorstroms zur Folge hat.

Bei der Schaltung gemäß Fig. 8 wird eine dem Strom entsprechende Spannung durch einen Transistor tS abgegriffen, dessen Emitter an den positiven Pol angescHossen ist und dessen Basis an den Schleifer eines Potentiometers Pm angeschlossen ist, das in Reihe mit dem Nebenwiderstand Sb liegt und über den Widerstand rs mit dem negativen Pol verbunden ist. Der Flip-Flop wird im wesentlichen gebildet durch die beiden Transistoren tb und t'b, die als Schmittrigger geschaltet sind und so polarisiert sind, daß tb normalerweise gesättigt is£, t'b blockiert. Wenn der Strom im Motor den festgelegten Grenzwert überschreitet, wird der Transistor tS leitend und führt Strom zur gasis des Transistors t'b über den Widerstand Rs. Dies bewirkt Sättigung von t'b und infolgedessen Blockierung von tb. Da die Basis des

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Transistors tn hierdurch nicht mehr an Masse liegt, wird dieser Transistor leitend, so daß nP mit dem negativen Pol verbunden und die Umschaltung, wie oben beschrieben, blockiert wird. Die drei letztgenannten Transistoren, die im wesentlichen den Strombegrenzer bilden, sind in Fig. 8 innerhalb eines Rahmens L aus gestrichelten Linien angeordnet.

_tman noch; das/

Schließlich kannfAnlaufen des Motors verbessern, indem man den Rotor automatisch in Ruhestellung bringt. Seine Stellung _ !muß dann eine solche sein, die einer durch die feste Polarisation gegebenen Stellung entspricht, die als "Anfangsstellung¹¹ bezeichnet wird. Liegt sie nicht vor, so wird der Rotor beim Anl—egen der Spannung sich in die Anfangsstellung zu drehen beginnen. Wenn die Ruhestellung sich von der Anfangsstellung unterscheidet, so ergibt sich eine erste Drehung, die möglicherweise entgegen dem gewünschten Drehsinn ist, was nachteilig ist. Diese erste Drehung, die, im Falle eines zweipoligen Motors, eine halbe Umdrehung nicht überschreitet, wird /

ySie wird vollständig vermieden,;

schnell gedämoft. Sie kann nachteilig sein, , indem man den Motor immer in derselben Stellung anhält, die der Anfangsstellung entspricht. Dies kann in den meisten Fällen leicht durch Anbringen eines ortsfesten magnetischen Elementes, ' das auf den Rotor einwirkt und in geeigneter Weise am Stator befestigt ist, erreicht werden.

"Die Erfindung ist zur Steuerung des Betriebs von Motoren ohne Kollektor mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und Leistung anwendbar. Sie ist sowohl brauchbar für kleine Motoren, ζ. B. für einen Elektromotor von 80 Watt

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und Geschwindigkeiten in der Größenordnung von Hunderttausend Umdrehungen pro Minute, wie er z. B, in der Zahnchirurgie verwendet wird, aber auch bei Motoren für industrielle Zwecke.

Die Fig. 9 zeigt ein Prinzipschema aner zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Umschaltanordnung. Diese Ausführungsform beruht auf der Anwendung von logischen integrierten Schaltkreisen, denen ein numerischer Geber zugeordnet ist«, Sie findet insbesondere Anwendung bei Motoren zur numerischen Steuerung von Werkzeugmaschinen. Bei diesen logischen Schaltkreisen handelt es sich um an sich bekannte Elemente, insbesondere solche der Reihe TTL_f die im folgenden angeführt \ werden. Kennzeichnend für sie ist, daß die Spannungen an ihren Eingängen oder Ausgängen oder an beiden nur zwei Werte annehmen können, die üblicherweise als 0 und als 1 bezeichnet werden. Gesteuert durch aufeinanderfolgende

oder, allgemein, als"Taktimpulse" bezeichnet,j

Impulse, sog."bits¹¹/; können diese Schaltelemente und Schaltkreise zur Herstellung von Stufenspannungen der gewünschten Form, insbesondere zur Herstellung von Signalen mit drei stabilen Pegelwerten, die zur Steuerung der oben beschriebenen Leistungsstufen erforderlich sind, verwendet werden.

Gemäß Fig. 9 werden diese Signale mit drei festen Pegelwerten in einer Grenzschicht In erzeugt, welche die Rolle der elektronischen Flip-Flops

ι in dem vorausgegangenen Beispiel übernimmt, und zwar durch binäre Signale mit zwei Pegelwerten, die auf sechs Leitungen Y3 bis Y8 durch eine Einrichtung zur sequentiellen Erregung Pl ausgesandt werden, die selbst wiederum

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gesteuert wird, durch Impulse oder Bits, die von einem numerischen Geber zur Anzeige von Winkelstellung und Winkelgeschwindigkeit geliefert werden. Im vorliegenden Fall aner Dreiphasenkomutation und eines Motors mit zweipoligem magnetischem Rotor sind zwölf Bits pro Umdrehung vorgesehen.

In der Fig. 9 sind in Gestalt von Diagrammen in Abhängigkeit von der Zeit

^nd zwar; die jeweiligen Signalformen dargestellt^einerseits die binären Signale von der Einrichtung zur sequentiellen Erregung Pl auf den sechs Leitungen Y3 Y8, andererseits die Signale mit drei Pegelwerten, die in der Grenzschicht In erzeugt und über dieLeitungen L1...L3 der Leistungsumschaltstufe Ip zugeführt werden und schließlich die dreiphasigen, etwa sinusförmig verlaufenden Stufenspannungen der letzteren zur Speisung der Stctorwicklung des Motors. In diesen Diagrammen ist der Zyklus oder die Periode T entsprechend einer Umdrehung des Rotors in zwölf gleiche Teile unterteilt, die einem Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden ßits entsprechen und die im folgenden, wie oben, als "Konfigurationen" bezeichnet werden, wobei jeder Konfiguration eine Nummer 1 ... 12 zugeordnet ist.

Der in Fig. 9 schematisch dargestellte Geber Ca besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil ist beweglich und wird durch eine Scheibe D gebildet, die auf der Motorwelle montiert ist. Der zweite Teil ist normalerweise fest angeordnet und besteht aus verschiedenen elektronischen Schaltelementen^ die in der mit Ca bezeichneten Einheit zusammengefaßt sind, von der eine Leitung die Signale zu der Einrichtung zur sequentiellen Erregung Pl überträgt.

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Fig. 10 zeigt eine mögliche Ausbildung eines optischen Gebers Ca, Dieser weist im wesentlichen eine Leuchtdiode Led auf, die gegenüber einem Fototransistor Pt angeordnet ist und den lichtempfindlichen Teil des letzteren bestrahlt. Zwischen diesen baden befindet sich der Umfang der Scheibe d mit zwölf Aussparungen, die auf der Motorwelle montiert ist und in einer Vorderansicht in·Fig. Π dargestellt ist.

Die Diode wird normal gespeist. Jedesmal, wenn eine Aussparung sich zwischen ihr und dem Fototransistor befindet, geht dieser vom Zustand der Sperrung zum Zustand der Sättigung über. Er ist an eine Spannungswelle angeschlossen und erzeugt so bei der Rotation der Scheibe aufeinanderfolgende Impulse. Die Aussparungen der Scheibe sind gleichmäßig an ihrem Umfang angeadnet, so daß eine Impulsfolge mit der Frequenz f = 12 χ nHertz entsteht, wobei η die Umdrehungsgeschwindigkeit der Scheibe, also des Motors ist in Umdrehungen pro Sekunde. Die Impulse des Gebers Ca werden vorteilhafterweise über ein Schmitt-NAND-Gatter geleitet, welches die Impulsflanken versteilert um sie für die Steuerung der TTL-Schaltkreise geeignet zu machen, welche die Einrichtung zur sequentiellen Erregung Pl bilden.

In Fig. 12 ist der Motor M schematisch dargestellt. Der Stator wird durch die drei Wicklungen BMI und BM2 und BM 3 gebildet, die Räumlich zueinander um 120° versetzt angeordnet sind. Der Rotor ist ein Zylinder Ro, der an gegenüberliegenden Stellen magnetisiert ist und ein Paar Pole aufweist. Das Statorfeld, dargestellt durch den Pfeil in Fig. 12 b dreht sich einmal

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bei einer Motorumdrehung. Bei jedem Vorbeibewegen einer Aussparung oder eines Schlitzes der Scheibe vor dem festen Teil des Gebers dreht er sich um 30°.

Im Fall der "Konfiguration 1", welche z. B. der Verbindung der Wicklung BMl mit dem Pluspol und der Verbindung· der Wicklungen BM2 und BM 3 raif dem Minuspol der Gleichspannungsquelle entspricht (wobei vorausgesetzt wird, daß die drei Wicklungen zu einem Stern geschaltet sind) ist das aus den Wicklungen BM resultierende Feld von unten nach oben gerichtet, wie dies in Fig. 12 b durch einen vertikalen Pfeil dargestellt ist. Dieses Feld übt auf den Rotor Ro das maximale Drehmoment aus, wenn das Rotorfeld senkrecht zum Statafeld ist oder, anders gesagt, wenn es im Winkel von 90 verschoben ist, wie dies die Fig. 12 b durch einen horizontalen Pfeil zeigt.

Wenn man den Geber also einschaltet, wobei das Stator- und Rotorfeld die angegebenen Winkelpositionen haben, beginnt der freie Rotor zu drehen, um sich auf 90 einzustellen. Bei seiner Rotation werden Bits von dem Geber ausgesandt, die bewirken, daß sich das Statorfeld ebenso weit dreht. Der Rotor beginnt also dem Statorfeld nachzulaufen, ohne es jemals erreichen zu können. Der Motor eg zu drehen, wobei seine Rotation in dem geplanten Sinn abläuft.

Die relative Lage der zwei zueinander um 90 verschobenen Felder kann auf verschiedene Arten erreicht werden. Man kann dies normalerweise im Rahmen

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der Erfindung automatisch und rein elektronisch erreichen, indem man drei sozusagen Momentan-Bits aussendet, die das Statorfeld sich um 90 drehen lassen, sobald der gespeiste Stator den Rotor positioniert hat. Aufgrund der Trägheit des Rotors wird diese Aussendung keine sofortige Wirkung auf die Winkelstellung des Rotors haben und demzufolge auch die der Scheibe. /

Im Rahmen der Erfindung ist es ebenso möglich, die Stellung des Gebers zu verbessern, indem man eine [Drehung VStator;/ im Verhältnis zum festen Teil des GEbers bewirkt, wobei diese Drehung sich um die Motorachse vollzieht.

Im folgetlen wird ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur sequentiellen Erregung Pl beschrieben, das auf der Verwendung von TTL-Schaltkreisen und speziell von Schieberegistern beruht.

Fig. 13 zeigt zwei Register SN 7496 mit fünf Ausgängen. Die Signale des Gebers steuern gleichzeitig die Taktgebereingänge der beiden Schaltkreise an» Die sechs Ausgänge Y3, Y4, Y5, Y6, Y7 und Y8 kommen jeweils über S 1 ("serial V), A 2, D 1, E 2, C 2, und B 1 zustande. Die Ausgänge ("output") E 1 und B 2 steuern der Reihe nach das Inversionsgatter NI 1 und NAND-GATTER N 2 an, die auf die Serienausgänge ("serial") S 1 und S 2 der zwei Schaltkreise reagieren, wie nachstehend erläutert.

Beim Einschalten der Spannung wird der Eingang Cl 1 ("CLEAR") auf den Wert gesetzt, wodurch die Ausgänge Al. Bl, Cl, Dl und E 1 den Wert Null

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annehmen I, während der Eingang Pr 2 ("PRESET") auf den Wert 1 gesetzt wird, wodurch die Ausgange A 2, B 2, C 2, D 2 und E 2 "den Wert T an^ ' Γ nehmen. ,'Die Ausgänge Y 3 und 4 haben also den Wert Ί, während die Ausgänge Y 5 und 6 jeweils den Wert Null und 1 aufweisen, Y 7 und Y 8 jeweils den Wert 1 bzw. Null. Es liegt also die Konfiguration Nummer 4 vor, wie aus dem Diagramm der Fig. 9 ersichtlich ist.

Diese "Anfangseinstellung¹¹ erfolgt automatisch aufgrund der Verzögerungsschaltung, die links in Fig. 13 angeordnet ist. Beim Einschalten der Speisespannung ist der Kondensator Ci entladen, und der Emitter des Transistors ti befindet sich somit auf dem Wert Null. Das NAND-GATTER Ni hat somit an seinem Eingang eine Null und an seinem komplementören Ausgang eine 1. Pr 2 hat den Wert 1. Schließlich hat Cl 2 den Wert 1 und bringt somit nicht die Ausgänge 2 zurück auf den Wert Null. Außerdem befindet sich aufgrund des Gatters NI 2 Cl 1 auf dem Wert Null, wodurch die Ausgänge A 1 bis E 1 des

auf K/iXu Registers SN 7496 im linken Teil der Fig. 13^zurückgesetzt werden.

Sobald sich jedoch der Kondensator Ci 1 über den Widerstand ri aufgeladen hat und der Transistor ti zu leiten beginnt, kippt das Gatter Ni um. Ci 1 geht über auf den Wert 1 und bringt deshalb die Ausgänge A 1 bis E 1 nicht mehr systematisch auf den Wert Null zurück. Andererseits geht Pr 2 über auf den Wert Null, wahrend Cl 2 den Wert 1 hat, und die Ausgänge A 2 bis E des Registers SN 7496 im rechten Teil der Fig. 13 werden nicht mehr systematisch auf den Wert 1 zurückgesetzt.

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Die zwei Register befinden sich im Betriebszustand. Es liegt bei B_eginn die Konfiguration Nummer 4 vor, wie oben angegeben, das Statorfeld ist also anfänglich um 120 im Uhrzeigersinn gegenüber der Vertikalen einge-

o stellt. Wenn man den Rotor, d. h. das Rotorfeld um 90 zurückverstellt oder, anders gesagt, wenn man ihn um 30 gegenüber der Vertikalen im Uhrzeigersinn verstellt, beginnt der Motor sich in der gleichen Richtung zu drehen. Die Scheibe wird mitgenommen und beim ersten ausgesandten Bit geht der Ausgang A 1 auf den Wert 1 über.

Beim nächsten Bit ist der Ausgang B 1 an der Reihe, von Null auf 1 überzugehen. Beim nächsten Bit der Ausgang C 1 und beim fünften Bit der Ausgang El.

Im zweiten Register ist es der Ausgang A 2, der beim ersten Bit, das von dem Geber ausgesandt und bei H empfangen wird, vom Wert 1 auf den Wert Null überwechselt und damit ebenso Y 4, wie aus dem Diagramm links in der Fig. 9 ersichtlich.

Beim nächsten Bit wird dies B 2 sein und sojfort bis zum fünften Bit, wo E 2 an der Reihe ist und damit Y 6, vom Wert 1 zum Wert Null überzugehen.

Wenn im ersten Register der letzte Ausgang E 1 vom Wert Null zum Wert 1 Uberwechselt, erhält Sf 2 den Wert 1, und die Ausgänge 2 können daraufhin jetzt auf 1 zurückkehren. Der gleiche Übergang von E 1 zum Wert 1 bewirkt gleich-

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zeitig die Vorbereitung für das Umkippen des Gatters NI; aber die Ausgänge können immer noch nicht auf den Wert Null zurückkehren.

Beim sechsten Bit kehrt A 2 auf den Wert A 1 zurück und damit ebenso der Ausgang Y 4.

Beim siebten Bit kehrt B 2 seinerseits auf 1 zurück. Dies bewirkt das Umkippen von NI 1 und infolgedessen von N 2 und N 1 gleichzeitig. Der Ausgang S 1, der auf dem Wert 1 war, geht über auf den Wert Null, ebenso Y 3. Die Ausgänge 1 können jetzt auf Null zurückkehren.

Beim achten Bit fällt A 1 zurück auf Null. Beim neunten Bit ist B 1 an der Reihe und damit Y 8, auf Null überzuwechseln.

Dies geht im ersten Register so weiter bis zum Bit Nr. 12 und der Zyklus wird dann wieder beginnen mit dem folgenden Bit Nr. 1.

Eine für das dargestellte Ausführungsbeispiel und auch für die Erfindung charakteristische Eigenart besteht darin, daß bei jedem Bit sich eine Änderung des Wertes bzw, Pegels ergibt, und zwar nur eine in einer der sechs Leitungen Y 3 bis Y 8.

Die Erfindung ist ebenso dadurch gekennzeichnet, daß auf jedem Leitungspaar Y 3 und Y 4 z. B., dieSignale niemals gleichzeitig den Wert Null annehmen.

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Diese Besonderheit ermöglicht auf einfache Weise die Übertragung von drei stabilen Zuständen.

- ₌ 'schicht

Diese Übertragung erfolgt mit Hilfe der Zwischen- lln, die an den Ausgang der Einrichtung zur sequentiellen Erregung Pl angeschlossen ist, wie aus

_j ί schicht Fig. 9 ersichtlich. Eine mögliche Ausführungsform dieser Zwischen^ list beispielsweise in Fig. 14 α dargestellt. Sie verwendet optoelektronische Kuppler, von denen jeder aus einer Leuchtdiode Led und einem Fototransistor Pt besteht.

In jeder der drei Phasen werden zwei Dioden angeordnet, deren Katoden jeweils an jede Leitung eines Paares angeschlossen sind. So sind die Dioden Led 1 und Led ¹I mit ihren Katoden jeweils an Y 3 und Y 4 angeschlossen. Die

Anoden sind in jeder Phase miteinander . ., und mit dem positiven Pol

über einen Widerstand r, der in Phase 1 mit rl bezeichnet ist,verbunden.

Im Hinblick auf die Anschlüsse der sechs Fotortransistoren Pt 1, Pt'l, Pt 2, Pt^!2,,Pt 3 und Pt'3 werden die Leitungen, z. B. L 1 positiv, wenn Pt 1 gesättigt ist, Led 1 also leuchtet (Symbol $ ); si^e werden negativ, wenn Led 1 verlisat (Symbol ·) und Led¹! aufleuchtet.

t · Gemäß dem Signalwert auf den Leitungen Y, gerade oder ungerade, werden die Leitungen L die auf der Tabelle gemäß Fig. 14 b angegebenen Polaritäten aufweisen. Jede von ihnen kann also, so wie bei den Ausgängen der elektronischei

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Flip-Flops der ersten Ausführungsform, den einen oder den anderen der drei stabilen Pegelwerte annehmen: "+", "0" und "-", und kann daher dem Betrieb einer der Phasen der Leistungsumschaltstufe Ep steuern.

Es ist ersichtlich, daß die anhand der oben beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel beschriebenen Anordnungen und Schaltungen^die einzigen sind, um das erfindung gemäße Ergebnis zu erreichen. Man kann dies ebenso erreichen mit Zählern oder Dekodern oder mit Speichern, insbesondere mit PROM-Standard-Speichern, die leicht zu programmieren sind. Noch besser ist es, einen speziellen Speicher vorzusehen, der vollstäadig programmiert ist und die Spannungsstufen für die Umschaltung aufgrund der vom Geber ausgesandten Bits erzeugt.

^-Grundsätzlich erfordert
welche logischen Schaltkreise auch immer verwendet werden,—

die Speisung des Motors gewisse offensichtliche Vorsichtsmaßnahmen, um alle die Funktion der verwendeten Halbleiter beeinträchtigenden Überströme zu vermeiden» Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Motor direkt an eine Akkumulator-Batterie angeschaltet werden soll. Es muß dann ein automatischer Strombegrenzer vorgesehen sein.

Man kann hierzu, wie in Fig 15 schematisch dargestellt, die bereits in Fig. 8 beschriebene Strombegrenzerschaltung entsprechend anpassen. Sie arbeitet durch Zerhackung, indem sie zeitweise die Speisung der sechs Dioden Led der Grenzschicht In unterbricht.

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Damit die Dioden Led 1, Led ¹I, Led 2, Led'2, Led 3, Led'3 aufleuchten

können, .muß.„_. _ ^,.. ■ „ . -

j die sie über die Widerstände rl, r2 und r3 speisende Spannung, wie vorstehend in Zusammenhang mit Fig. 14 α beschrieben, positiv sein. Es genügt daher eine Vorrichtung zu schaffen, die diese Speisung unterbricht, sobald die mittlere Speisestromstärke des Motors einen bestimmten Wert überschreitet.

Hierzu sieht die Erfindung die Speisung der Leistungsstufe, also des Motors über einen Shunt Sh mit einem sehr geringen Ohmwert vor, der in Reihe mit einem Widerstand rs an den Klemmen der regelbaren Speisestromquelle mit einer abgegriffenen Spannung von 5 Volt liegt. Ein /^np-Transistor, der an die Klemmen dieser Quelle angeschlossen ist, ist an seiner Basis mit einem auf dem Widerstand rs verschiebbaren Läufer verbunden. Sobald die Spannung an den Klemmen des Shunts einen bestimmten Wert überschreitet, beginnt der Transistor zu leiten. Es genügt, an seinem Ausgang ein Schmiifelnversions-Gatter Ni anzuschließen, einen positiven Strom liefert, der die Dioden speist, solange tr blockiert bleibt. Sobald er zu leiten beginnt, kippt das Gatter und die Speisung der Dioden wird unterbrochen, ebenso die des Motors.

Eine ebenfalls im Bereich der Erfindung liegende analoge Schaltung kann zur Regelung des Motors verwendet werden. Ein Digital-Analog-Wandler, dessen Eingang an den Geber angeschlossen ist, erzeugt an seinem Ausgang ein Analog-

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signal in Form einer Spannung, die mit der Geschwindigkeit anwächst. Die Regelung wird dann dadurch erreicht, daß man diesen Ausgang mit der Basis des Transistors tr der Fig. 15 verbindet.

Patentansprüche:

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Claims

PATENTANSPR U CHE

1.)^Elektronische Umschaltanordnung zur Speisung eines autosynchronen Elektromotors aus einer Gleichstromquelle, der eine mehrphasige Statorwicklung und einen magnetischen Rotor aufweist, der mechanisch mit dem einer Meßeinrichtung für die Winkelstellung und Winkelgeschwindigkeit' mechanisch gekuppelt ist, wobei für jede Phase der Statorwicklung ein Schaltkreis mit beispielsweise einem Paar Tyristoren oder einem Paar Lastungstransistoren vorzugsweise komplementären Typs vorgesehen ist, und denen ein Paar mit ihren Basen und Emittern parallel geschaltete Verstärkertransistoren vorgeschaltet sind, und wobei die Funktion der verschiedenen Schaltkreise sequentiell von durch die Meßeinrichtung ausgesandten Signalen steuerbar ist, derart, daß die verschiedenen Phasenjder Statorwicklung durch ein System von mehrphasigen, etwa sinusförmig in Stufen zunehmenden

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und abnehmenden Wechselströmen gesoeist werden mit einem Verhältnis van beispielsweise 12 Stufen pro Periode im Falle eines Dreiphasensystems, wobei Frequenz und Phasenwinkel der Ströme durch die Geschwindigkeit des Rotors des Motors bzw. dusch seine Stellung im Verhältnis zum Stator bestimmt sind, dadurch gekennzeichn- e t, daß für jeden der Umschaltkreise eing elektronische,' Flip-FlopVmit drei stabilen Schaltstellungen vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von ihm zugeführten Signalen eine positive, negative oder Nullspannung liefert, um eine Alles- oder Nichts-Steuerung des angeschlossenen Schaltkreises zu gewährleisten, und daß die Eingänge der verschiedenen Flip-Flops gleichzeitig durch die von der Meßeinrichtung ausgehenden Signale angesteuert werden und von denen einer Einrichtung zur sequentiellen Erregung bei niedriger Frequenz, deren Funktion unabhängig von der Stellung und der Geschwindigkeit des Rotors ist und deren Einwirkung auf die Flip-Flops auf die Periode des Anfahrens und der anfänglichen Beschleunigung des Motors begrenzt ist und durch die der Meßeinrichtung ab einem bestimmten Geschwindigkeitswert ersetzt wird.

2.) Elektronische Schaltanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der elektronischen Flip-Flops aus zwei Paar, vorzugsweise komplementären Transistoren besteht, wobei die Transistoren der Eingangsstufe mit ihren Basen und mit ihren Emittern

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parallelgeschaltet sind, während die der Ausgangsstufe an ihren Kollektoren am Ausgang des Flip-Flops miteinander verbunden sind und ihre Emitter jeweils an die zwei Pole einer Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, wobei ein Widerstand, der zwischen dem gemeinsamen Punkt der Kollektoren der Ausgangstransistoren und dem gemeinsamen Punkt der Basen der Eingangstransistoren liegt, die für den Flip-Flop-Effekt erforderliche Rückkopplung bewirkt.-

3.) Elektronische Schaltanordnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der elektronischen Flip-Flops mit ihren Eingängen über passive Schaltelemente, z. B. Kondensatoren oder Widerstände, j an die zwei Pole der /Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, welche zur Auslösung eines ersten Umkippvorganges der besagten Flip-Flops beim Anschalten der Spannung zum Anlaufen des Motors in einem gewünschten Drehsinn dienen.

4.) Elektronische Schaltanordnung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur sequentiellen Erregung bei niedriger Frequenz neben den vorerwähnten passiven Schaltelementen Verzögerungsschaltkreise bestehend aus Gruppen von Widerständen und Kondensatoren im Verhältnis von je einer Gruppe pro Flip-Flop aufweist, wobei jede dieser Gruppen sich aus zwei Widerständen, die in Serie zwischen

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den gemeinsamen Punkt der Basen der Eingangstransistoren eines Flip-Flops und den gemeinsamen Punkt der Kollektoren der Ausgangstransistoren des vorhergehenden oder folgenden Flip-Flops geschaltet sind und aus einem Kondensator zusammensetzt, der zwischen den gemeinsamen Punkt der besagten Widerstände und einen isolierten Verbindungspunkt mit den Kondensatoren der anderen Gruppe geschaltet ist.

5.) Elektronische Schaltanordnung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtheit der elektronischen Flip-Flops und der Einrichtung zur sequentiellen Erregung aus der gleichen Gleichspannungsquelle gespeist sind wie die Gruppe der Hauptschaltkreise.

6.) Elektronische Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppe der elektronischen Flip-Flops und der Einrichtung zur sequentiellen Erregung durch eine unabhängige Gleichspannungsquelle, vorzugsweise mit niedriger Spannung, gespeist sind

7.) Elektronisde Schaltanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Flip-Flops und die Einrichtung

t zur sequentiellen Erregung durch integrierte Schaltkreise gebildet sind.

8.) Elektronische Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch

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gekennzeichnet, daß zur automatischen Begrenzung des Stroms in der Statorwicklung des Motors _t vorzugsweise während der Periode des Anfahrens, eine : Strombegrenzerschaltung vorgesehen ist, die vorzugsweise nach dem Prinzip der Zerhackung arbeitet.

9.) Elektronische Schaltanordnung nach Anspruch 8, dairch gekennzeichnet, daß die Strombegrenzerschaltung aus einem elektronischen Hysterese-Flip-Flop besteht, der ab einer gewissen Schwelle von der Spannung, die an den Klemmen eines in den Hauptstromkreis eingeschalteten Shunts entsteht, ausgelöst wird und die Sperrung def"' elektronischen Umschalt-Flip-Flops bewirkt.

10.) Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwisc hen der Gruppe der elektronischen Flip-Flops und der Einrichtung zur sequentiellen Erregung und der Gruppe der Umschaltkreise zusätzlich zu einer Widerstandsverbindung zwischen den Ausgängen der verschiedenen Flip-Flops und den Eingängen der entsprechenden Umschaltkreise, die den Zweck der Übertragung der Steuersignale zu den letzteren hat, eine gemeinsame Spannungsverbindung vorgesehen ist, die über Widerstände die Ausgänge dieser Flip-Flops mit den gemeinsamen Emittern der den Leistungstransistoren vorgeschalteten Verstörkertransi-storen verbindet. '

11.) Elektronische Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gruppe der elek-

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tronischen Flip-Flops und derEinrichtung zur sequentiellen Erregung und der an den Motor angeschlossenen oder in diesen eingebauten induktiven Meßeinrichtung eine gemeinsame Verbindung vorgesehen ist, die über Widerstände die gemeinsamen Emitter^ der Eingangstransistoren dieser Flip-Flops mit dem Nullleiter der Wicklung der induktiven Meßeinrichtung verbindet, zusätzlich zu einer über Widerstände hergestellten Verbindung zwischen den Eingängen der verschiedenen Flip-Flops und der mehrphasigen Statorwicklung des induktiven Meßgerätes mit dem Zweck der übertragung der die Geschwindigkeit und die Stellung relativ zum Rotor anzeigenden Signale.

12.) Elektronische Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mit Einstellmitteln zur automatischen Rückführung seines Rotors in eine Anlaufstellung bei Ruhelage versehen ist, beispielsweise mit einem am Ständer des Motors angeordneten und in geeigneter Weise auf den Rotor einwirkenden magnetischen Element.

13.) Elektronische Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur sequentiellen Erregung durch integrierte Logikschaltkcejise ausgebildet ist, die ihre Steuersignale in Form von einseitigen Impulsen oder "Bits" empfangen, und daß die Meßeinrichtung für Stellung und Winkelgeschwindigkeit des Rotors zur Erzeugung einer numerischen Anzeige ausgebildet ist.

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14.) Elektronische Schaltanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierten Logikschaltkreise zu einer Gruppe zusammengefaßt sind, deren Eingänge durch von der Meßenrichtung kommende Signale angesteuert werden, und deren Ausgänge auf eine Zwischenschicht wirken,die die Rolle der Flip-Flops mit drei stabilen Schaltstellungen spielt.

15.) Elektronische Schaltanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung für Stellung und Winkelgeschwindigkeit des Rotors zur Aussendung von 12 Bits pro Periode ausgebildet ist für den allgemeinen Fall einer dreiphasigen Umschaltung bzw. für 12 Bits pro Umdrehung für einen zweipoligen Rotor.

16.) Elektronische Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Meßeinrichtung gelieferten Signale durch ein Schmitt-Gatter zu Impulsen mit steilen Flanken geformt sind.

17.) Elektronische Schaltanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Gruppe der integrierten Logikschaltkreise auf drei Paar Leitungen arbeiten, daß die auf diesen Leitungen ausgesandten Signale eine Rechteckform mit zwei Pegelwerten aufweisen, daß die Länge der Intervalle, welche diese Signale darstellen, ein ganzzahliges Vielfaches der Dauer eines Bits ist und daß jedem Bit eine einzige Änderung des Signalwertes auf einer der sechs Leitungen

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entspricht.

18.) Elektronische Schaltanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Intervalle, die die Signale des Ausgangs der Gruppe darstellen, füf oder sieben Bits im Falle einer dreiphasigen Schaltung entspricht, wobei einer der beiden Pegelwerte, z. B. der untere,nicht gleichzeitig auf den beiden Leitungen ein- und desselben Paares existieren kann.

19.) Elektronische Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 14, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht, die die Rolle der Flip-Flops mit den drei stabilen Schaltstellungen spielt, und die z. B. mit Hilfe von optoelektronischen Kupplern gebildet ist, auf sechs Eingängen die Signale mit den zwei Pegelwerten, die von der Gruppe der integrierten Logikschaltkreise ausgehen, empfängt und an drei Ausgängen drei verschiedene Signale, d. h."+", "0" und "-" liefert.

20.) Elektronische Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang der Einrichtung zur sequentiellen Erregung eine automatische und praktisch sofortige Aussendung von drei Bits beim Anlegen der Spannung an die Schaltung vorgesehen

ist, wobei diese elektronische Einstellung mechanisch durch eine Relativdrehung der Meßeinrichtung in bezug auf den Motor verbessert verden kann.

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21.) Elektronische Schaltanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur sequentiellen Erregung durch einen PROM-Speicher gebildet ist.

Dipl.-Ing.H.-D.Ernicke Patentanwalt

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L e e r s e i t e