DE2831997A1

DE2831997A1 - Steuereinrichtung fuer einen naehmaschinen-impulsmotor

Info

Publication number: DE2831997A1
Application number: DE19782831997
Authority: DE
Inventors: Hachiro Makabe; Kazuo Watanabe
Original assignee: Janome Sewing Machine Co Ltd
Current assignee: Janome Corp
Priority date: 1977-07-20
Filing date: 1978-07-20
Publication date: 1979-01-25
Also published as: DE2831997C2; AU525757B2; US4368414A; AU3822478A; CH634181A5; SE7807961L

Description

19.JuIi 1978
P-53711-515
10392 Dr.v.B/E

Janome Sewing Machine Co._s Ltd. No. 2, 3-chome_s Kyobashi, Chuo-ku, Tokyo/Japan

Steuereinrichtung für einen Nähmaschinen-Impulsmotor

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine klein bauende Steuereinrichtung für einen Nähmaschinen-Impulsmotor, mit der die Nadel bewegung und der Stofftransport genau gesteuert werden kann.

Es sind Energieversorgungseinrichtungen für Impulsmotoren bekannt, bei denen zur Verkürzung der Anlaufzeit des Motors diesem Widerstände in Reihe geschaltet sind und mit erhöhter Speisespannung gearbeitet wird, um den Spannungsabfall an den Widerständen zu kompensieren oder die Spannung am Motor zu erhöhen. Es sind auch Konstantstromschaltungen mit Transistoren, die dem Motor in Reihe geschaltet sind, bekannt, bei denen der Spannungsabfall während des Stromanstiegs beim Anlaufen durch die Charakteristik der eingeschalteten Transistoren herabgesetzt wird.

Allen diesen Maßnahmen ist gemeinsam, daß die Widerstände und Transistoren unnötig Leistung verbrauchen und Wärme erzeugen. Man benötigt daher im allgemeinen relativ große Stromversorgungen und Kühlkörper, so daß es schwierig ist, solche Einrichtungen in einer Nähmaschine unterzubringen,, wo nur wenig Raum zur Verfügung steht.

Es ist ferner bekannt, ein schnelles Anlaufen eines Impulsmotors dadurch zu bewirken, daß man die Speisespannung zur Beschleunigung des Stromanstieges in den Motorwicklungen anfänglich relativ hoch wählt und dann herabsetzt. Auch hier ist eine große Stromversorgungseinheit erforderlich und die Vorrichtung zur Spannungsherabsetzung verbraucht zusätzlich Leistung, die Einrichtung ist dementsprechend groß und kompliziert.

Es ist ferner bekannt, die Ansprache bei der Stromunterbrechung dadurch zu verbessern, daß man die bei einer Stromunterbrechung im allgemeinen in den Wicklungen induzierte Spannung rasch auf Null herabsetzt, in dem man einen Kurzschluß für die Vernichtung der elektromagnetischen Energie der Wicklungen bildet und Varistoren (spannungsabhängige Widerstände) verwendet, die auch die für das Schalten des Windungsstromes verwendeten Halbleiterbauelemente gegen induzierte Überspannungen schützen. Auch hier tritt ein unnötiger Leistungsverlust auf und man benötigt große Kühlflächen, diese Einrichtungen haben sich daher in der Praxis nicht bewährt.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Steuereinrichtung anzugeben, die klein baut und wenig Verlustleistung erzeugt, so daß sie auch in dem beschränkten Raum, der in einer Nähmaschine zur Verfügung steht, untergebracht werden kann. Insbesondere soll ein unnötiger Leistungsverbrauch und eine unnötige Erzeugung von Hitze vermieden und die Steuerbarkeit des Inipulsmotors verbessert werden. Der Impulsmotor soll mit hoher Ansprechgeschwindigkeit steuerbar sein, indem man die Einschwingcharakteristik des Wicklungsstroms beim Schalten des Stromes in einer Anzahl von Wicklungen des Impulsmotors verbessert.

Diese Aufgabe wird bei einer Steuereinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen weitere Aspekte der Erfindung.

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Die Steuereinrichtung gemäß der Erfindung eignet sich besonders für Impulsmotoren, insbesondere Nähmaschinen-Impulsmotoren, da sie wenig Leistung verbraucht und eine schnelle Ansprache des Motors gewährleistet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer Steuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein genaueres Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 bis 5 graphische Darstellungen des zeitlichen Verlaufes von Spannungen und Strömen für verschiedene Betriebszustände der Einrichtung gemäß Fig. 2;

Fig. 6 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 graphische Darstellungen des Verlaufes von Spannungen und Strömen in der Einrichtung gemäß Fig. 6;

Fig. 8 eine graphische Darstellung des Verlaufes eines den Impulsmotor speisenden oder erregenden Stromes;

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Phasenbeziehung des Impulsmotors;

Fig. 10 eine Vektordarstellung der Änderung der elektromotorischen Kraft des Impulsmotors, und

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Fig. 11 ein Schaltbild einer dritten AusfUhrungsform der Erfindung.

In Fig. 1 sind Wicklungen 1 und 2 eines üblicherweise verwendeten vierphasigen Impulsmotors dargestellt, die phasenmäßig um 90° versetzt sind und Abgriffe Γ bzw. 2' aufweisen, die normalerweise verwendet werden, im vorliegenden Falle jedoch nicht beschaltet sind. Mit den Endklemmen der Wicklungen 1 und 2 sind Schaltvorrichtungen 3 bis 6 bzw. 7 bis 10 verbunden, die durch geeignete Steuerung, auf die noch eingegangen werden wird, den Strom in den Wicklungen 1 bzw. 2 schließen, in der Richtung umkehren und unterbrechen können. Zur Stromversorgung der Wicklungen 1 und 2 ist eine schematisch als Batterie dargestellte Gleichspannungsquelle 11 vorgesehen. Mit 12 und 13 sind Stromabgreifwiderstände zur Messung des Wicklungsstromes bezeichnet.

Die Schaltvorrichtungen 7 bis 10 öffnen und schließen mit hoher Geschwindigkeit, z.B. mit einer Frequenz von 2OkHz, wie noch erläutert werden wird, während die Schalter 3 bis 6 geschlossen gehalten werden, bilden Dioden 14 bis 17 einen Stromkreis für einen Ausgleichsstrom, der durch die in den Wicklungen 1 und 2 gespeicherte elektromagnetische Energie erzeugt wird, während der Öffnungsperioden der Schaltvorrichtungen 7 bis 10, so daß der Wicklungsstrom geglättet wird. Die Einrichtung hat ferner Steuersignaleingangsklemmen 18 bis 21, denen ein aus vier Bits bestehendes Steuersignal von einem nichtdargestellten Mustersignal generator zugeführt wird. Die Klemmen 18 bis 21 sind mit den Kontakten 3' bis 6¹ der SchaTtvorrichtungen 3 bis 6 gekoppelt und mit einer Eingangsklemme von UND-Schaltungen 22 bis 25 verbunden. Wenn der Signalwert an einer Klemme gleich 1 ist, wird die mit der betreffenden Klemme verbundene Schaltvorrichtung 3 bis 6 geschlossen. In entsprechender Weise werden andere Eingänge der UND-Schaltung 22 bis 26 gesteuert, wie noch beschrieben wird. Mit 26 ist ein beispielsweise mit 20 kHz arbeitender Dreiecksschwingungssignal generator bezeichnet; 27 und 28 sind Zerhacker- Schaltsignalgeneratoren, die jeweils mit den Wicklungen 1 bzw. 2 ein Paar bilden.

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Die Zerhacker- oder Schaltsignalgeneratoren wandeln das Dreieckschwingungssignal vom Dreiecksschwinungsgenerator 26 in eine zum Vergleich dienende Referenzspannung um und vergleichen nachdem sie eine Spannung von den Stromabgreifwiderständen 12 bzw. 12 erhalten haben beide,um die Impulsbreite zu bestimmen, die einen UND-Wert 1 für jede Dreiecksschwingung ergibt. Dieses Signal wird dann den anderen Eingangsklemmen der UND-Schaltungen 22 bis 25 zugeführt. Die Ausgänge der UND-Schaltungen 22 bis 25 sind mit Kontakten oder Anschlüssen 7' bis 10' der Schaltvorrichtungen 7 bis derart gekoppelt, daß die Schaltvorrichtungen 7 bis 10 jeweils geschlossen werden, wenn das Ausgangssignal der zugehörigen UND-Schaltung den Wert 1 hat.

Fig. 2 ist ein Schaltbild eines praktischen Ausführungsbeispiels entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Prinzipschaltbild. Die Schaltungsanordnung enthält Transistoren 3 bis 10 mit Basiselektroden 3' bis 10', die den Schaltvorrichtungen 3 bis 10 und den Anschlüssen 3' bis 10* in Fig. 1 entsprechen. Die UND-Schaltungen 22 bis 25 sind in Fig. 2 durch Transistoren 22 bis 25 realisiert. Wenn die Transistoren 3 bis 6 gesperrt werden und der Strom in den Wicklungen 1 und 2 unterbrochen wird, bilden die Dioden D., D' D-, D' einen Widerstand R. und einen Kondensator C₁ einen leistungsverbrauchenden Kreis über die Spannungsquelle 11 und die Dioden 14 bis 17, der die in den Wicklungen gespeicherte elektromagnetische Energie aufnimmt und dadurch die Transistoren 3 bis 6 schützt. Die Transistoren 7 bis 10 werden durch Dioden D₇ bis D.q geschützt, wenn der Strom unterbrochen wird. Die Dioden D, bis D_g dienen zur Verhinderung von Leistungsverlusten in den Transistoren 3 bis 6, die sich bei Stromänderungen in den Wicklungen 1 und 2 ergeben können. Zur Begrenzung Zur Begrenzung des Basisstromes der Transistoren 3 bis 10 und 22 bis 25 sind sind Widerstände Rg bis R._Q bzw. R„„ bis R„₅ vorgesehen. Der Dreiecksschwingungssignalgenerator 26 enthält einen Kondensator Cp₅ der mit einer Entladeklemme DIS eines zeitbestimmenden Schaltkreises T₈ der eine integrierte Schaltung des Typs 555 sein kann, über einen Widerstand R.. verbunden. Die Entladeklemme DIS ist ferner über einen Widerstand R.« mit

Gleichspannungsquelle Ed gekoppelt. Wenn der Kondensator C^ mit einer durch die Widerstände R._? und R₁₁ bestimmten Zeitkonstante aufgeladen wird, spricht ein Transistor Tr auf die Spannungsänderung am Kondensator an und liefert schließlich ein Signal an Eingangsklemmen Th und Tg der zeitbestimmenden Timer-Schai tung T. Dieses Signal setzt die Spannung an der Entladequelle DIS auf Null herab, so daß der Kondensator C₂ mit einer Zeitkonstante entladen wird, in die der Widerstand R^ eingeht. Die Spannung am Kondensator C_? hat dementsprechend einen dreieckwellenförmigen Verlauf. Die Zerhacker- oder Schaltsignal generatoren 27 und 28 enthalten als wesentliches Bauteil Operations- oder Differenzverstärker CO. und CO,, und Kondensatoren C, bzw. C». Da beide Schaltsignalgeneratoren im wesentlichen gleich sind, genügt es den einen Generator 27 zu beschreiben. Die Dreiecksignalspannung vom Kondensator Cp über einen proportional verstellbaren Potentiometerwiderstand R., abgenommen und der invertierenden Eingangsklemme (-) über einen Widerstand R.. zugeführt. In der Wicklung 1 fließt ein pulsierender Strom, wie noch erläutert werden wird und der dadurch entstehende Spannungsabfall am Stromabgreifwiderstand 12 wird der nicht invertierenden Eingangsklemme (+) über einen Widerstand R.g und ein Tiefpaßfilter zugeführt, das aus dem Widerstand R., und einem Kondensator C^ besteht. Der Ausgang des Differenzverstärkers CO₁ ist mit dem Emitter der Transistoren 22 und 23 gekoppelt. In entsprechender Weise enthält der Schaltsignalgenerator 28 einen Kondensator C» und Widerstände R₁₇, R.g und R-g an der Eingangsseite des Differenzverstärkers CO₂, der wie der Differenzverstärker CO. als Vergleicher arbeitet. Der Ausgang dieses Generators ist mit den Emittern der Transistoren 24 und 25 gekoppelt. Die Spannungsquelle Ed versorgt auch die als Vergleicher arbeitenden Differenzverstärker CO- und COp mit Leistung.

Im folgenden sollen verschiedene Betriebszustände der Steuereinrichtung gemäß Fig. 2 erläutert werden: Wenn sich die Nadel einer Nähmaschine in einem genähten Stoff befindet, wird der Impulsmotor angehalten, während ein Gleichgewicht mit Zufuhr eines konstanten Stromes aufrecht erhalten wird. Bei der Erläuterung der Arbeitsweise der Impulsmotor-Steuer-

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einrichtung in diesem Zustand, d.h. im statischen Zustand, wird auf die Figur 3 Bezug genommen, welche Spannungs- und Stromverläufe an verschiedenen Bauteilen der Steuereinrichtung im statischen Zustand zeigt. Die horizontalen Achsen in Fig. 3a bis 3e geben jeweils den entsprechenden Zeitpunkt t an, während das Niveau 0 Massepotential oder den Stromwert Null bedeutet. Hierbei ist jedoch vorausgesetzt, daß die Transistoren 3 und 8 durch ein Steuersignal am Eingang 18 angesteuert sind und daß durch die Wicklung 1 ein im wesentlichen konstanter Strom fließt (der pulsiert, wie noch erläutert werden wird). In Fig. 3a ist mit E- das Eingangssignal an der invertierenden Eingangsklemme (-) der Vergleicher dargestellt, das eine spezielle Dreieck- oder Sägezahnform hat. E+ stellt das Eingangssignal an der nicht invertierenden Eingangsklemme (+) dar. In diesem Falle liegt an dieser Klemme die durch den Wicklungsstrom bestimmte Spannung am Widerstand 12. Wie das Diagramm zeigt, übersteigt die Dreieckschwingung E- während jeder Periode die Spannung Ei-. In Fig. 3b ist die Ausgangsspannung E₂₂ des Vergleichers CO. dargestellt, die die Form einer Rechteckschwingung hat, die Null ist, wenn Ef kleiner ist. Ein Steuersignal 18 tastet die Transistoren 3 und 22 während der Zeitspanne, in der die Spannung E₂₂ den Wert Null hat, gleichzeitig schaltet sie den Transistor 8 durch, so daß ein Strom der Reihe nach durch den Transistor 8, die Diode Dn, die Wicklung 1, die Diode D^, den Transistor 3 und den Widerstand 12 fließen kann. In Fig. 3c ist der Strom I„ dargestellt, der während dieser Zeit durch den Transistor 8 fließt und das schräge Dach der Stromimpulse hat seine Ursache in der Induktivität der Spannungsquelle 11 sowie der Wicklung 1 sowie dem Widerstand der Wicklung und des Widerstandes 12. In Fig. 3d ist der Strom 1^₅ dargestellt, der infolge der in der Wicklung 1 angesammelten elektromagnetischen Energie während der Zeitspanne, in der der Strom In den Wert Null hat, durch die Diode D₃, den Transistor 3, den Widerstand 12 und die Diode 15 fließt, der Abfall dieses Stromes hat seine Ursache in der gespeicherten elektromagnetischen Energie, der Induktivität und dem Widerstand des Stromkreises.

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Fig. 3e zeigt den Gesamtstrom Ig + Lc "in der Wicklung 1, es handelt sich also um einen pulsierenden Strom, der durch den Widerstand 12 fließt. An dem durch diesen Strom am Widerstand 12 erzeugten Spannungsabfall wird durch das erwähnte Tiefpaßfilter die in Fig. 3a dargestellte, praktisch konstante Spannung E+ erzeugt.

Als nächstes soll nun das Arbeiten der Steuereinrichtung beim Anlassen des Impulsmotors erläutert werden. Wenn beispielsweise der Steuerklemnie 18 ein Eingangssignal zugeführt wird, während der Strom in der Wicklung 1 den Wert Null hat, ist die Eingangsspannung Es+ an der nicht invertierenden Eingangsklemme des Vergleichers CO. anfänglich niedriger als die Eingangsspannung E- an der invertierenden Eingangsklemme, wie es in Fig. 4a dargestellt ist, und das Ausgangssignal E -o des Vergleichers ist während dieser Anfangsphase gleich Null; die Transistoren 22 und 8 werden durchgeschaltet, wodurch der Strom Ig der den Transistor 8 durchfließt, ansteigt.

Fig. 5 zeigt den Verlauf der Spannungen und Ströme der verschiedenen Bauteile, wenn die Wicklungen 1 und 2 nacheinander eingeschaltet und abgeschaltet und abgeschaltet werden und die Stromrichtung umgeschaltet wird, so daß der Impulsmotor läuft. Nach rechts ist wieder die Zeit td aufgetragen. Die Kurven A, B. C und D stellen die Stromflußzyklen der Transistoren 3, 5, 4 bzw. 6.dar. Es fließt ein Drehstrom mit einer Phasendifferenz entsprechend der Aufteilung des Zyklus in vier gleiche Teile durch die Transistoren, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist. Das Schalten der Transistoren 3, 4, 5 und 6 sowie die Schaltfolge werden durch die Steuereingangssignale an den Klemmen 18, 19, 20 und 21 gesteuert. Die Kurven E, F, G und H stellen die Stromflußzyklen der Transistoren 8, 10, 7 bzw. 9 dar, die als Ganzes den Stromflußzyklen in den Kurven A, B, C bzw. D entsprechen, während die höherfrequenten Leitungszyklen innerhalb jedes Phasenimpulses den Leitungszyklen in Fig. 3c und 4c entsprechen. Der erste Stromimpuls ist also jeweils verhältnismäßig lang, wie es in Fig. 4c dargestellt ist. Die Kurven I und J stellen den Spannungsverlauf an den Widerständen 12 bzw. 13 dar. Beispielsweise entspricht also die Dauer des ersten Spannungsimpulses

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in der Kurve I der Periode, in der die Transistoren 8 und 3 leiten bzw. einem wiederholten Stromfluß in der Wicklung 1 von rechts nach links in Fig. 2. Der nächste Spannungsimpuls entspricht der Dauer des Stromes, der beim Leiten der Transistoren 7 und 4 von links nach rechts durch die Wicklung 1 fließt. Der Spannungsverlauf stellt Näherungswerte dar und entspricht den Kurven 3e und 4e. Die Drehrichtung des Impulsmotors wird durch die Kombination der Stromrichtungen in den Wicklungen 1 und 2 sowie die Einschalt- und Ausschaltfolge bestimmt. Ein Lauf des Impulsmotors in der umgekehrten Richtung kann also beispielsweise dadurch bewirkt werden, daß man die Schaltfolge der Transistoren 6, 4, 5 und 3 mit der der Transistoren 9, 7, 10 und 8 kombiniert. Aus den Kurven I und J ist ersichtlich_s daß die Wicklungen 1 und 2 unabhängig voneinander und gleichzeitig miteinander erregt werden können.

Fig. 6 ist ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Impulsmotorsteuereinrichtung gemäß der Erfindung. Mit M ist ein Impulsmotor dargestellt, der Wicklungen L und L¹ enthält. Der Motor ist so konstruiert, daß beim Erregen der Wicklungen orthogonale Magnetfelder erzeugt werden und die Drehrichtung des Impulsmotors wird über die Richtung des Stromes in diesen Wicklungen gesteuert, die zugleich und auch unabhängig voneinander erregt werden können. Die Einrichtung enthält eine Gleichspannungsquelle E für die Speisung des Impulsmotors und der Steuereinrichtung sowie Schalttransistoren Tr., Tr₂, Tr- und Tr„ für die Wicklung L. Der Wicklung L' sind entsprechende Schaltungselemente zugeordnet, deren Bezugszeichen mit einem Strich versehen ist; da die Schaltungen im wesentlichen gleich sind, genügt es, die Schaltungsanordnung mit den durch Bezugszeichen ohne Strich bezeichneten Schaltungselemente zu erläutertn. Die Transistoren Tr. und Tr, sowie Tr^ und Tr* sind jeweils hintereinander geschaltet. Die Kollektorelektroden der Transistoren Tr. und Tr« sind über eine Diode Do mit dem Pluspol der Spannungsquelle E verbunden. Die Emitter der Transistoren Tr., und Tr. sind mit der Minusklemme der Spannungsquelle verbunden und die Verbindungspunkte der Transistoren sind_s wie dargestellt an die Wicklung L angeschlossen. Zwischen die Kollektor- und die Emitterelektrode der Transistoren ist jeweils eine Diode D₁...D, mit solcher Polung geschaltet,

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daß in der die dem KoIlektorstrom entgegengesetzten Richtung leitet. Eine mit den Basiselektroden der Transistoren Tr. bis Tr. verbundene Schaltungsanordnung ist in Fig. 6 der Einfachheit halber nicht dargestellt, in der Praxis sind die Basiselektroden mit einem Steuerteil verbunden, welches den Stromfluß durch die Wicklung L mittels eines Zerhackersteuersystems steuert, in dem wahlweise ein Paar der Transistoren Tr. und ⁷V. sowie Tr~ und Tr₃ angesteuert wird. Mit der Spannungsquelle E ist über die Diode Do ferner ein nach Masse führender Kondensator C angeschlossen. Wenn eines der Transistorpaare Tr- und Tr. oder Tr^ und Tr₃ durchgeschaltet wird und Strom durch die Wicklung L fließt, lädt sich der Kondensator C auf die Spannung der Spannungsquelle E auf und wenn der Strom unterbrochen wird, wird der Kondensator C von der Wicklung L durch die induzierte Spannung U. , die sehr viel höher ist als die Spannung der Spannungsquelle E, über die Dioden D. bis D. aufgeladen. Der Strom in der Wicklung L ist zu Beginn des anschließenden Durchschaltens der gepaarten Transistoren durch die Ladespannung entsprechend der induzierten Spannung bestimmt.

Die Arbeitsweise der oben beschriebenen Steuereinrichtung soll im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 7 erläutert werden, in der der zeitliche Verlauf von Spannungen und Strömen verschiedener Bauteile der Einrichtung dargestellt ist. Die Kurven (1) und (2) stellen die Basisströme ig, und in* bzw. i_ß2 und I₅₃ für das Schalten der Transistorpaare Tr. und Tr₄ bzw. Tr_? und Tr₃ dar. Die Transistoren, die bezüglich der gemeinsamen Zeitachse t gepaart sind, wie Fig. 7 zeigt, haben die gleiche Phase und werden durch die nicht dargestellte Steuereinheit so gesteuert, daß die Transistorpaare nicht gleichzeitig durchgeschaltet werden. Wenn also beispielsweise die Transistoren Tr. und Tr, durch die Basisströme i_R. und i_ß„ im Zeitpunkt t_Q durchgeschaltet sind und ein Strom i. in Richtung des in Fig. 6 bei der Wicklung L dargestellten Pfeiles fließt, wird der Kondensator C durch die Spannungsquelle E über die Diode Do aufgeladen. Wenn die Transistoren Tr. und Tr. dann im Zeitpunkt t. gesperrt werden, um den Strom i. zu unterbrechen, wird in der Wicklung 2 entsprechend der

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Stromänderung di./dt und der Induktivität der Wicklung eine hohe Spannung in Pfeilrichtung induziert und der Kondensator wird über die Diode D und D₃ mit einer gewissen Anstiegsgeschwindigkeit aufgeladen, wie die Kurve (3) in Fig. 7 zeigt; die Kondensatorspannung ec wird dadurch entsprechend erhöht. Wenn die in der Wicklung induzierte Spannung, die während des Ladevorganges wieder abfällt, gleich der Kondensatorspannung wird, ist die Aufladung beendet. Wenn also die Transistoren Tr- und Tr₃ dann im Zeitpunkt t~ durchgeschaltet werden, wird die Wicklung L durch einen Strom erregt, dessen Richtung der des dargestellten Pfeiles entgegengesetzt ist. Die Kondensatorspannung ist dabei wesentlich höher als die Spannung von der die Leistung liefernden Spannungsquelle E. Fig. 8 zeigt den Anstieg des Stromes i. genauer, der Strom ist dabei jedoch in Fig. 8 der Übersichtlichkeit halber in der entgegengesetzten Richtung aufgetragen wie in Fig. 7.

Die gestrichelte Kurve in Fig. 8 gibt den Anstieg des Stromes in der Wicklung L wieder, wenn diese durch die Spannung von der Spannungsquelle E gespeist wird, während die ausgezogene Kurve den sehr viel schnelleren Anstieg darstellt, der sich dadurch ergibt, daß die Spannung, auf die der Kondensator C aufgeladen ist, beim Durchschalten der Transistoren Tr_? und Tr., einen wesentlich höheren Wert hat als die Versorgungsspannung von der Spannungsquelle E. Beim Erreichen des Zeitpunktes t^ wird die Spannung am Kondensator gleich der Versorgungsspannung von der Spannungsquelle E und der die Wicklung erregende Strom wird von da an durch die Spannungsquelle geliefert, d.h. daß die Anstiegsgeschwindigkeit des Stromes im Zeitpunkt to gleich derjenigen wird, die sich durch die Speisung mit der Spannung von der Spannungsquelle E ergibt, so daß die Stromanstiegskurve unter Umständen einen mehr oder weniger scharfen Knick durchläuft.

Die Flächen der oberen Halbwellen A. und A„ des in Kurve (4) der Fig. 7 dargestellten Stromes i, entsprechen der magnetomotorischen Kraft bei der Erregung der Wicklung L in der Richtung des in Fig. 6 eingezeichneten Pfeiles. Die Flächen der unteren Halbwellen B. und B„ entspre-

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chen der magnetomotori sehen Kraft bei einem Stromfluß gegen die Pfeilrichtung. Da der Stromverlauf der ausgezogenen Kurve in Fig. 8 und nicht der gestrichelt gezeichneten Kurve entspricht, ergibt sich eine entsprechend ; höhere magnetomotorische Kraft.

In Fig. 9 ist die Phasenbeziehung der Ströme i, und i^ in den Wicklungen L bzw. L¹ dargestellt. In einem Zeitpunkt T. wird durch die in Pfeil richtung fließenden Ströme i. und i.¹ eine kombinierte magnetomotorische Kraft erzeugt, die beispielsweise durch einen Pfeil 1 in Fig. 10 dargestellt werden kann. In einem Zeitpunkt T₂ ist der Strom i. Null und es fließt nur der Strom i/, die magnetomotorische Kraft hat daher die Richtung eines Pfeiles 2 in Fig. 10. Im Zeitpunkt T₃ hat die durch den Strom !,erzeugte magnetomotorische Kraft die entgegengesetzte Richtung, so daß sich der Vektorpfeil 3 in Fig. 10 ergibt. Die Richtung der magnetomotorischen Kraft läuft dann weiter in gleicher Weise um, wodurch der Impulsmotor in Rotation versetzt wird.

In Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. 6 können die Kondensatoren C und C den Dioden Do bzw. Do¹ parallel geschaltet werden, wie Fig. 11 zeigt. In diesem Falle fließen die Lade- und Entladeströme über die Spannungsquene E. Im übrigen arbeitet diese Einrichtung analog der gemäß Fig. 6, so daß auf eine weitere Erläuterung verzichtet werden kann.

Bei den Steuereinrichtungen gemäß der Erfindung wird dem Impulsmotor eine Spannung intermittierend zugeführt und das FoIgeνermögen der Nadelbewegung oder des Stoffvorschubs wird verbessert, wenn die Nähmaschine mit hoher Geschwindigkeit arbeitet, da die Induktivität der Impulsmotorwicklungen einen Glättungseffekt ausüben und ein falsches Arbeiten vermieden wird. Bei dem als Beispiel erwähnten vierphasigen Motor werden immer mindestens die Hälfte der Wicklungen des Impulsmotors erregt, so daß sich der Äusnützungsfaktor der Wicklungen für die Erregungen erhöht und die Kupferverluste im Impulsmotor entsprechend kleiner werden. Die Schaltungsanordnung läßt sich unter Verwendung von Halbleiterbauelementen sehr raumsparend auf-

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bauen und zeichnet sich durch eine sehr geringe Verlustleistung aus, so daß sie auch in dem beschränkten Raum, der im Gehäuse einer Nähmaschine zur Verfügung steht, ohne Schwierigkeiten untergebracht werden kann. Ferner nehmen die Kondensatoren die Energie der elektromotorischen Kraft bei der Unterbrechung des Wicklungsstromes auf und der Ladestrom, der dann durch die Dioden fließt, bewirkt eine rasche Unterbrechung des Wicklungsstromes und schützt gleichzeitig die Transistoren gegen eine in den Wicklungen induzierte überspannung. Bei der nächsten Erregung der Wicklungen wird die als Ladung gespeicherte Energie den Wicklungen wieder zugeführt, wodurch die Anstiegsgeschwindigkeit des Wicklungsstromes erhöht und der Verlauf des Wicklungsstromes der Rechteckform besser angenähert wird. Die Wicklungsströme i. und i.¹ (Fig. 9) überlappen sich in den Zeitpunkten Τ*, T_? und T, nicht unnötig und die Schaltansprache der magnetomotorischen Kräfte (I)₃ (2), (3),... wird weiter verbessert, so daß der Impulsmotor mit hoher Drehzahl und hohem Wirkungsgrad betrieben werden kann. Die Steuereinrichtung gemäß der Erfindung hat also für viele praktische und industrielle Anwendungen große Vorteile und sie läßt sich auch für andere Motoren als Nähmaschinenmotoren mit Erfolg verwenden.

Claims

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1. .Steuereinrichtung für einen Nähmaschinen-Impulsmotor, gekennzeichnet durch Stromfühler (I2, 13), einen Referenzspannungsgenerator (26), eine Vergleichsschaltung (28), eine Brückenschaltung, eine Gruppe von Schaltvorrichtungen (Tr. bis Tr₄; TrI bis TK) sowie Kondensatoren (C, C).

2. Steuereinrichtung für einen Impulsmotor mit einem Satz von Wicklungen, insbesondere für eine Nähmaschine, dadurch g e kennzei chnet, daß die Wicklungen (1, 2) mit einer Stromfühleranordnung (12, 13) zum Erzeugen eines dem Wicklungsstrom entsprechenden Signales gekoppelt sind; daß dieses Wicklungsstrom-Signal und ein Referenzsignal von einem Referenzsignal genera tor (26) einer Vergleichsschaltung (27, 28) zugeführt ist; und daß das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung und ein äußeres Steuersignal (Klemmen 18 bis 21) einen Satz von Schaltvorrichtungen (3 bis 10) steuern, die mit den Wicklungen (1,2) eine Art von Brückenschaltung bilden und die Zeit und Richtung der Erregung der Wicklungen des Impulsmotors bestimmen.

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3. Steuereinrichtung für einen Nähmasch inen-Impulsmotor mit mehreren Wicklungen, gekennzeichnet durch eine Gruppe von Schaltvorrichtungen (Tr. bis Tr.; Tr! bis TrI ) zur Steuerung der Zeit und Polarität der Erregung der einzelnen Wicklungen, und durch Kondensatoren (C, C), welche mit den Schaltvorrichtungen und gleichrichtenden Elementen (D₁ bis D., D.' bis D ') derart gekoppelt sind, daß sie durch die Spannung, die bei der Unterbrechung des Stromes in einer Motorwicklung (L, L¹) induziert wird, aufgeladen werden und beim erneuten Einschalten einer Wicklung diese mit einer zusätzlichen Spannung versorgen.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch

gekennzeichnet, daß die gleichrichtenden Elemente (D. bis D,. D.¹ bis D₄ ¹) den Schaltvorrichtungen (Tr₁ bis Tr,, Trj bis TrI) parallelgeschaltet sind.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren ( C, C) den Schaltvorrichtungen und den gleichrichtenden Elementen parallel geschaltet sind.

6. Steuereinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (C, C) einem gleichrichtenden Element (Do, D'o) parallelgeschaltet sind (Fig. 11).

7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das für jede Wicklung (L, L¹) eine Brückenschaltung vorhanden ist, deren vier Zweige jeweils eine der Schaltvorrichtungen (Tr. bis Tr₄ bzw. Rrj bis Tr₄ ¹) enthalten; daß eine erste Brückendiagonale die zugehörige Wicklung (L bzw. L') enthält, daß die andere Diagonale eine Spannungsquelle (E), ein mit

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dieser in Reihe liegendes, für die Spannung der Spannungsquelle in Durchlaßrichtung gepoltes gleichrichtendes Element (Do, D'o) sowie den Kondensator (C, C^r) enthält.

8. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn." zei c h η e t, daß jeder Schaltvorrichtung (Tr,. bis Tr., TRI bis Tri) ein gleichrichtendes Element (D. bis D,, D-' bis D.¹) mit einer Polung, die der normalen Stromflußrichtung in der Schaltvorrichtung entgegengesetzt ist, parallelgeschaltet ist.

9. Steuereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C, C) der Reihenschaltung aus der Spannungsquelle (E) und dem gleichrichtenden Element (Do,-D'o) parallel liegt.

10. Steuereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, d ad irr c h

g e k e η η ζ e i c h η e t, daß der Kondensator (C, C) dem gleichrichtenden Element (Do, D'o) parallelgeschaltet ist, das in Reihe mit der Spannungsquelle (E) liegt (Fig. 11).

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