DE2902686A1

DE2902686A1 - Schrittschaltmotor mit steuerung

Info

Publication number: DE2902686A1
Application number: DE19792902686
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: MOTION CONTROL CORP
Current assignee: MOTION CONTROL CORP
Priority date: 1978-01-26
Filing date: 1979-01-24
Publication date: 1979-09-06
Also published as: IN150838B; FR2415900A1; AU4335779A; JPS54148216A; GB2017972A; GB2017972B; AU530074B2; FR2415900B1; NL7900589A; US4215302A; CA1142582A; CH640986A5

Description

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Schrittschaltmotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schrittschaltmotor mit rückführungsloser Steuerung (open-loop controller), auf Verfahren zur Betriebsweise des Motors und auf Verfahren zur Bestimmung von Stromverlaufskurven für die Wicklungsströme des Schrittschaltmotors, um gewünschte Resultate zu erreichen, trotz bestehender Unterschiede in den magnetischen und Drehkrafteigenschaften, die zwischen Schrittschaltmotoren unterschiedlicher Konstruktion oder Schrittschaltmotoren mit gleicher Konstruktion, aber unterschiedlichen Charakteristika bezüglich des Kernmaterials.

Für Schrittschaltmotoren gibt es zwei unterschiedliche Typen und zwar solche mit Permanentmagnet (PM) und solch« mit variabler Reluktanz (VR). Wenn inkrementale Ausgangsbewegung gewünscht wird, ist an Schrittmotoren eine logische Verkettung zwischen digitaler Information und mechanischer Umsetzung vorgesehen. Seit einiger Zeit sind derartige Schrittschaltmotoren als Ausgangsglieder für verschiedene Arten von inkrementalen Bewegungs Steuersystemen benutzt

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worden. Tatsächlich hat die Bedeutung von Schrittschaltmotoren weiter zugenommen, seit Steuerbefehle in digitaler Form laufend häufiger vorgesehen worden sind.

In vielen Situationen besteht die Last des Systemes aus einer Trägheitslast mit oder ohne einem mäßigen Betrag von Reibung. Die Anforderung an das System, die sehr oft gestellt wird, besteht darin, daß bei einem gegebenen Digitalbefehl die Last innerhalb eines Zeitminimums zu einer neuen Stellung bewegt werden muß und dies ohne über die neue Stellung hinauszuschießen, da ein darüber Hinausschießen unvermeidlich zu Schwingungen oder Nachlaufen führt. Dieses Problem ist ständig beim Entwurf, der Konstruktion und Entwicklung von modernen Peripheriegeräten für Computer in Rechnung gestellt worden. Beispielsweise im Falle eines Hochgeschwindigkeitsdruckers mit einem Zeichenträger muß der Zeichenträger, bzw. Schreibkopf mit hoher Geschwindigkeit und großer Genauigkeit positioniert werden.

Für das Verständnis eines fundamentalen Problems, das mit der Betriebsweise eines Schrittschaltmotors verbunden ist, ist es notwendig, einige Merkmale der Konstruktion und Betriebsweise eines solchen Motors zu verstehen. Ein solcher Schrittschaltmotor umfaßt einen Rotor, der in Wirkverbindung

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mit den Wicklungen eines Stators steht. Diese Wicklungen werden zu einer oder mehrerer erregt, so daß der Motor in dem Sinn gestellt bzw. eingestellt werden kann, daß sich der Rotor in eine Stellung bewegt, bei der die Vektorsumme der Drehkräfte, die durch das Statorfeld erzeugt wurden, null ist. Im Falle eines Motortyps mit Permanentmagnet bedeutet dies, daß das Rotorfeld mit dem Statorfeld fluchtet. Beim Typ mit variabler Reluktanz bedeutet dies, daß der magnetische Weg des ötatorerzeugten Flusses eine minimale Reluktanz hat.

Wenn der erste Wicklungssatz stromlos ist und der benachbarte erregt wird, neigt der Rotor dazu, sich zur benachbarten "Anschlagstellung¹¹ zu bewegen. Falls eine kontinuierliche Bewegung gewünscht wird, werden die Wicklungen sequentiell eingeschaltet, so daß ein "Drehfeld¹¹ entsteht, das sich in diskreten Schritten bewegt. Bei geringer "Schaltgeschwindigkeit" folgt der Rotor dem Feld in go und Stop-Manier, verbunden mit etwas Schwingung oder Nachlaufen zu jedem Zeitpunkt eines Stops. Bei hoher Schaltgeschwindigkeit geht die Bewegung des Rotors von einer Bewegung aus diskreten Schritten in eine kontinuierliche Vorwärtsbewegung über. Da Folgeschaltimpulse ankommen, wenn der Motor bei einer unterschiedlichen Geschwindigkeit läuft, wird die Verhaltensweise des Motors unvorhersagbar. Dies gibt in etwa eine

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qualitative Beschreibung eines industrieweiten Problems, das zu einer Begrenzung der Verwendbarkeit von Schrittschaltmotoren führt.

Obgleich ein Schrittmotor von Natur aus geeignet ist für den Antrieb von Lasten in einer inkrementalen Art, so ist ein solcher Motor bei der praktischen Anwendung durch folgende Schwierigkeiten belastet:

1. Hohe Geschwindigkeit und zufriedenstellendes Schrittverhalten (Auflösungsvermögen) können nicht gleichzeitig erhalten werden;

2. das Vorhandensein von Schwingungen oder Nachlaufen, nach dem der Rotor seine Bestimmungsstellung erreicht hat und

3. die Möglichkeit des Synchronisationsverlustes während eines Laufs mit hoher Geschwindigkeit.

Die oben erwähnte erste Schwierigkeit ist noch durch keine andere Methode behoben worden. Beispielsweise kann ein 15°-Schrittmotor mit 720 Schritten/See, mit 1800 n/min laufen, aber ein solcher Motor kann nicht ein Auflösungsvermögen von 1,8° pro Schritt haben. Andererseits kann ein

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1,8°/Schrittmotor mit 6000 Schritten/sec. laufen, um 1800 n/min zu erreichen. Ein Reduktionsgetriebe kann, abgesehen von den Kosten, das Schrittverhalten bzw. das Auflösungsvermögen verbessern, aber dies geht auf Kosten der maximalen Geschwindigkeit.

Die zweite, oben genannte Schwierigkeit ist durch verschiedene Arten von Dämpfungstechniken gemildert worden. Die mechanische Dämpfung beeinträchtigt dabei die Verhaltensweise des Motors zusätzlich zu hohen Kosten. Elektronische oder Schaltdämpfungsmaßnahmen, die ebenfalls bekannt sind, führen manchmal zu zufriedenstellenden Ergebnissen, sind aber außerordentlich schwierig auszuführen. Beispielsweise ist eine sogenannte "Technik der Verzögerung des letzten Schrittes" nur anwendbar, wenn ein Überschießen durchweg eine Größenordnung von 100 % des Schrittwinkels erreicht. Andererseits arbeitet eine sogenannte Technik der Dämpfung durch Phasenrückkopplung (Rückphasendämpfungstechnik bang-bang) nur, wenn die Endgeschwindigkeit zu jeder Zeit bekannt ist, in der der Motor anhält. Im allgemeinen kann deshalb festgestellt werden, daß zur Zeit die meisten inkrementalen Steuersysteme bis zu einem gewissen Grade einen Kompromiß schließen müssen hinsichtlich einer nicht angemessenen Dämpfung.

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Die dritte Schwierigkeit ist gelöst worden durch Zuordnung eines Incoder zur beigeordneten Steuerschaltung. Der Incoder erkennt die Stellung und/oder die Geschwindigkeit des Rotors und gibt dann diese Information an die Motorsteuerschaltung weiter. Durch Erkennung des Unterschiedes zwischen dem was gewünscht ist und dem was tatsächlich erreicht wurde, greift die Steuerschaltung korrigierend ein. Die Anwendung eines solchen Incoders (auch bekannt als geschlossener Regelkreis) ist jedoch mit einem wesentlichen Anwachsen der Kosten verbunden.

Auf diesem Gebiet der Schrittschaltmotoren gibt es eine breite Palette von Patenten,von denen jedoch nur einige wenige, die den Hintergrund für die Erfindungsbeschreibung abgeben, kurz erörtert werden.

Die US-PS 3 579 279 befaßt sich mit dem Problem des »Synchronisationsverlustes·¹, wenn ein Schaltkommando abrupt wechselt. Die Schaltung glättet die schnellen Wechsel aus, so daß ein plötzlicher Start oder ein plötzliches Stop verhindert wird. Das Ziel dieser Steuerung besteht darin, extrem große Überschießungen zu verhindern, die den Rotor in Bezug auf einen gegebenen Befehl aus der Synchronisation bringen können. Diese Technik verlangsamt blind den Schritttakt während der Verzögerung. Die Drehung des Rotors zur

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genauen Befolgung eines Kommandos ohne falsche Bewegung kann nur erwartet werden. Für den Ausschluß von Teilschrittschwingungen ist dieses Verfahren völlig unwirksam. Diese Steuerung ist auf die Steuerung des Motors gerichtet, wenn große Multi-Drehbewegungsdistanzen zu durchlaufen sind. Für inkrementale Bewegungen, die nur aus wenigen Schritten bestehen oder aus Teilen eines Schrittes, ist diese Technik absolut nicht anwendbar.

Gleiches gilt für die US-PS 3 818 261. Die US-PS 3 732 480 offenbart den Antrieb eines Schrittschaltmotor® mit variabler Pulsbreite. Die Breite eines ^eden Pulses wird bestimmt durch die Lösung eines Satzes von simultanen Bewegungsgleichungen unter Anwendung eines Digital-Computers„ · Die physikalische Einrichtung dafür bestellt aus einem Zeitbasis-Generator, dessen AusgangsSpannung konstant verglichen wird mit einem vorgegebenen Satz von Konstantspannungen. Wann immer eine Koinzidenz auftritt, wird ein neuer Puls in die Motorwicklung gegeben« Diese Technik versucht die Bewegung durch Frequenzsteuerung zu steuern. Gemäß dem in dieser PS beschriebenen Beispiel verlangt die Bezugsspannungslösung drei Stellen» Dies bedeutet, daß diese Technik ohne kostenträchtige Arbeit schwierig auszuführen ist. Darüber hinaus zeigt die Offenbarung ₉ daß die Aufnahme einer konstanten In-

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duktanz nicht von Wert ist, wenn der Wicklungsstrom seinen veranschlagten Wert erreicht. Dies bedeutet, daß der Motor nicht mit seiner vollen Kapazität betrieben werden kann und dadurch seine Verhaltensweise verschlechtert wird.

In der US-PS 3 787 727 wird die folgende Steuertechnik einer Halbschrittbetriebsweise in Betracht gezogen: (a) die Beschleunigungsperiode kann durch zeitliche Vergrößerung des Wicklungsstromes reduziert werden und (b) ein Überschießen kann durch Verlangsamung des i.ntriebstaktes reduziert werden. Da die Drehkraft Charakteristiken sehr unterschiedlich sind, wenn ein Schrittmotor mit vollem oder Halbschritt angetrieben wird, werden zwei Schritte zur Start- und °topsteuerung benutzt, um die Differenz zu kompensieren. Die Taktrate wird bestimmt durch das sich aus der Stellung sich ergebende Rücksignal. Obgleich diese Technik zwei Spannungsebenen für die Motorwicklungen benutzt, bezieht sie sich im wesentlichen auf einen Digitalantrieb und hat nichts mit der vorliegenden Erfindung zu tun.

Gemäß Offenbarung der US-PS 4 009 428 wird versucht, ein trapezartiges Geschwindigkeitsprofil zu erzielen. Vorausgesetzt wird hierbei, daß es sich bei dem Motor um einen idealisierten Wechselstromsynchronmotor handelt. Um eine schlagartige, konstante Beschleunigung zu erreichen, muß

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das Drehfeld den Rotor mit einem konstanten Winkel führen. Dies bedeutet, daß die Frequenz des Antriebstaktes kontinuierlich mit der Zeit variieren muß, während der Beschleunigung und Verzögerung. Zu diesem Zwecke ist die Schaltung mit einem Rampengenerator und einem frequenzvariablen Pulsgenerator

Diese vorbekannte Schaltung unterscheidet sich also vollständig von der erfindungsgemäßen, die einen konstanten und schaltbaren Takt vorsieht, um einen Digital/Analog-Wandler anzutreiben. Da die Motordrehkraft von der physikalischen Konstruktion und den Sättigungseigenschaften des magnetischen Materials abhängt, wird eine gewünschte konstante Beschleunigung und Verzögerung in der tatsächlichen Anwendung durch einen Satz von einfachen Sinus-Cosinus-Strömen nicht erzeugt.

Durch die US-PS 3 328 658 ist ein Verfahren offenbart, das in typischer Weise bekannt ist als "bang-bang" Steuerung, wie oben bereits erwähnt. Die Schwierigkeit bei diesem Verfahren besteht darin, daß die Zeitbedingung des Unterbrecherimpulses abhängen muß von der Endgeschwindigkeit des Rotors und ebensogut vom Führungswinkel unmittelbar vor Anwendung einer Bremsung.

Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte, rückführungslose Steuerung (open-loop control)

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für Schrittmotoren und dgl. vorzusehen. Ein anderer Gegenstand der Erfindung besteht darin, verbesserte Verfahren zum Betreiben von Schrittmotoren und dgl. vorzusehen. Noch ein anderer Gegenstand der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren für die Bestimmung von Stromverlaufsmustern vorzusehen, die in den Feldwicklungen des Schrittmotors benutzt werden und zwar unter Berücksichtigung der magnetischen Eigenschaften und dgl.

Es ist noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung, gewisse Probleme zu eliminieren, so daß preiswerte rückfUhrungslose Steuerungen in Verbindung mit Schrittmotoren in Wettbewerb treten können mit hochentwickelten Rückkopplungssystemen, die entweder Schrittmotoren benutzen oder Gleichstromservomotoren als Ausgangselemente.

Ausgehend von tradionellen Annäherungen führt die Erfindung ein eigenartiges Verfahren einer rückführungslosen Steuerung ein. Die Eigenartigkeit dieser Steuertechnik beruht mindestens teilweise in einer Besonderheit, nämlich der, daß der Schrittmotor nicht digital angetrieben werden muß. Wenn man insbesondere in Rechnung stellt, daß das Magnetfeld eines Stators gewöhnlich durch eine Kombination von Wicklungsströmen erzeugt wird, werden diese Ströme derart zugeschnitten bzw. aufbereitet, daß sich das resultierende Feld nach Art einer

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stückweisen Konstantgeschwindigkeit bewegt anstelle wie herkömmlich in diskreten Schritten. Die Vorteile dieser Technik werden ausführlich erläutert werden.

Noch ein anderer Gegenstand der Erfindung besteht darin, für die Konstruktion eines preiswerten Druckes oder dergl. mit hoher Druckqualität ein Druckelement zu schaffen, das frei von Schwingungen im Moment des Druckvorganges ist.

Noch ein anderer Gegenstand der Erfindung besteht darin, die Menge eines geschlossenen Regelkreises zu vermeiden, wie er bisher für Flittmotoren verwendet wurde. Noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht darin, eine neue Technik für die Bestimmung von Stromverlaufsmustern oder -kurven zu schaffen, unter Berücksichtigung der BH-Kennlinien (Magnetisierungskennlinien) der Baukomponenten des fraglichen Motors.

Um die obigen und andere Gegenstände der Erfindung zu verwirklichen, ist ein Schrittschaltmotor mit Steuerung vorgesehen, der einen Rotor umfaßt, einen Stator und Wicklungen am Stator zur Erzeugung eines drehenden Statorfeldes für den Antrieb des Rotors. Ferner sind vorgesehen eine mechanische Last an diesem Rotor, Elemente zur Stromzuführung zu den

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Wicklungen, so daß der Rotor in der Weise angetrieben wird, daß die Last in jeder gewünschten Stellung ohne Schwingung und ohne Synchronisationsverlust während eines Hochgeschwindigkeitslaufes angehalten werden kann.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind die Stromzuführungselemente derart ausgebildet, daß ein rotierendes Feld mit konstanter, aber schaltbarer Geschwindigkeit erzeugt wird.

Nach einem weiteren Merkmal cer Erfindung können die Ströme die Form einer Kurve haben, mit einem Verlauf, der in Relation zur magnetischen Charakteristik des Schrittmotors steht. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Kurven in diesem Zusammenhang glockenförmig ausgebildet.

Weiterhin folgt der Rotor des Motors gemäß der Erfindung dem Statorfeld in einer zwingenden Art und Weise, d.h. unter der Bedingung, daß das Statorfeld eine einheitliche Kraft und konstante Geschwindigkeit hat, bewegt sich der Rotor vor und rückwärts zum Feld mit einer feststehenden Resonanzperiode. Demgemäß fällt bei jeder Hälfte der Resonanzperiode der Rotor mit dem drehenden Statorfeld zusammen.

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Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung sind Elemente vorgesehen, um den Strom mit einer Mehrzahl sequentiell konstanter Beträge zuzuführen, um den Rotor auf eine konstante Geschwindigkeit in Synchronisation mit dem drehenden Statorfeld zu bringen.

Nachfolgend wird erkennbar, daß die mechanische Last, beispielsweise ein Schreibmaschinenkugelschreibkopf sein kann, ein stirnförmiges Druckrad oder dgl. Die Erfindung ist jedoch geeignet für eine breite Palette mechanischer Lasten, einschließlich solcher, die linear verschieblich sein sollen und auch solcher, die beispielsweise durch Drehung verstellt werden.

Noch ein anderes Merkmal der Erfindung bezieht sich auf Speicherelemente, um eine Mehrzahl von Stromverlaufsmustern abzuspeichern und auf Auswahlelemente, um diese Verlaufsmuster ausgewählt in die Wicklungen abzugeben für die Erzeugung des Drehfeldes.

In Bezug auf einen anderen Aspekt der Erfindung ist ein Schrittschaltmotor für den Antrieb einer Last vorgesehen und zwar steuerbar hinsichtlich der Auswahl einer Mehrzahl sequentiell angeordneter Stellungen, wobei der Motor mag-

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netisch gekuppelt antriebe- und angetriebene Elemente aufveist, wobei die angetriebenen Elemente für den Antrieb der Last ausgebildet sind und wobei ferner Elemente vorgesehen sind, um ein bewegliches magnetisches Feld im Antriebselement zu erzeugen und zwar für den Antrieb des anzutreibenden Elementes. Das angetriebene Element hat dabei eine Trägheit, wenn die Bewegung aus dem Stillstand aus einer ersten Stellung zu einem Stillstand in einer zweiten Stellung beginnt. Ferner sind Elemente vorgesehen zur Erzeugung des beweglichen Feldes mit einer Beschleunigungsgeschwindigkeit für die Beschleunigung des angetriebenen Elementes aus einem Stillstand in der ersten Stellung zu einer konstanten Laufgeschwindigkeit und zur Schaltung des beweglichen Feldes auf eine konstante Laufgeschwindigkeit korrespondierend zur konstanten Laufgeschwindigkeit des angetriebenen Elementes bei Synchronisation.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung können die Elemente das bewegliche Feld bei einer Verzögerungsgeschwindigkeit für die Verzögerung des angetriebenen Elementes bis zum Stillstand in der zweiten Stellung erzeugen, wobei die Verzögerungsgeschwindigkeit konstant ist und derart endet, daß das bewegliche Feld und das angetriebene Element zum Stillstand kommen, zusammen mit dem Antriebselement in der zwiten Stellung und zwar gleichzeitig. Vorzugsweise und zwar in der Hälfte der Verzögerungsgeschwindigkeit hat das angetriebene

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Element eine Geschwindigkeit, die mit der Verzögerungsgeschwindigkeit korrespondiert. Zu obigem ist die Erzeugung einer einzelnen Beschleunigungsgeschwindigkeit beachtet worden. Dies ist jedoch dahingehend zu verstehen, daß auch eine Mehrzahl von Beschleunigungsgeschwindigkeiten vorgesehen werden kann, jede mit einer unterschiedlichen Größe, aber einer gleichen Periode, die in gleichen Schritten zu der maximalen Geschwindigkeit führen und dazu, daß das drehende Feld und das angetriebene Element die maximale Geschwindigkeit in Synchronisation erreichen»

Mit einem weiteren Merkmal der Erfindung 'sind Speicherelemente für die Einspeicherung von Stromverlaufsmustern vorgesehen, die mit den vorerwähnten Wicklungen gekoppelt sind, um die Feldgeschwindigkeiten zu erzeugen und ferner Auswahlmittel in Verbindung mit diesen Speicherelementen»

In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen für die Erstellung von Stromverlaufsmustern für die Wicklungen eines Mehrphasenschrittmotors mit einem Rotor und der charakterisiert ist durch eine Mehrzahl von Stellpositionen, wobei mit den Wicklungen eine gleichförmige Stärke des Feldes mit einer konstanten Geschwindigkeit vorgesehen wird und wobei die Wicklungen

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sequentiell in Paaren wirksam werden, um den Rotor des Motors zu steuern. Diese Verfahrensweise umfaßt für jedes der Paare den Antrieb einer Wicklung eines Paares mit dem maximalen Betriebsstrom und die Messung der Rotorsteifigkeit bei einer resultierenden Stellposition, danach Passage eines relativ kleinen Stromes durch die andere Wicklung des Paares und Reduzierung des Stromes durch die eine Wicklung, um den Rotor um einen Bruchteil der Distanz zwischen der nächsten Stellposition zu verstellen, wonach der letzte der beiden Ströme eingestellt wird, um eine Rotorsteifigkeit zu erhalten, die gleich ist der ersten Rotorsteifigkeit bei Aufrechterhaltung der Rotorstellung und wonach eine sequentielle Verstellung des Rotors in Schritten gegen die nächste Stellposition vorgenommen wird durch Veränderung der Ströme in den Wicklungen des Paares, während die Ströme eingestellt werden, um die Rotorstellung und Steifigkeit aufrecht zu erhalten. Die Größen der auf diese Weise einjustierten Ströme bestimmen Stromkurven für die Wicklungen, um ein Feld mit gleichförmiger Stärke und konstanter Geschwindigkeit vorzusehen.

Gemäß einem weiteren Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, den Versatz des Rotors zu unterbrechen und die Ströme in den Wicklungen eines Paares einzustellen, wenn die eingestellten Ströme gleich miteinander sind und

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Kurven der eingestellten Strombeträge sind, wobei jede Kurve durch das Spiegelbild der anderen Kurve fortgesetzt wird.

Ein anderer Aspekt dieser Methode sieht vor, daß die Rotorsteifigkeit durch Messung der durchschnittlichen Drehkraft bestimmt wird, die erforderlich ist, den Rotor von seiner Stellposition über einen ausgewählten Bereich zu verstellen. Dieser Bereich kann von Anwendung zu Anwendung unterschiedlich sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Bereich so vorgesehen, daß er 7/10 der Distanz zwischen zwei benachbarten Stellpositionen ausmacht»

Aus einer anderen Sicht der Erfindung ist ein Schrittschaltmotor vorgesehen, der einen Stator, einen Rotor und Wicklungen am Stator umfaßt, um den Rotor durch eine Mehrzahl von Stellpositionen zu treiben. Diese"Stellpositionen" sind nicht notwendigerweise die gleichen wie die herkömmlichen Vollschritt- oder Halbschritt-Stellpositionen. Ein Speicher ist vorgesehen für die Einspeicherung von Stromverlauf smustern in digitaler Form, so daß während des Motorlaufes Daten sequentiell vom Speicher durch einen Zeittakt abgerufen werden können. Diese abgerufenen Daten werden in elektrischen Strom zum Antrieb des Motors gewandelt. Da das

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vorerwähnte Drehfeld das direkte Ergebnis des Motorstromes ist, wird seine Geschwindigkeit direkt durch den oben erwähnten Zeittakt gesteuert. Ferner sind vorgesehen Auswahlelemente für die Auswahl der Taktrate und demzufolge für die Geschwindigkeit des Drehfeldes.

Gemäß diesem Aspekt der Erfindung umfassen die Speicher ein Gedächtnis für jedes Wicklungspaar, wobei das Gedächtnis die vorerwähnten Stromverlaufsmuster speichert. Darüber hinaus können die Auswahlelemente Elemente für die Erzeugung von Richtungsbefehlen (addresses) aufweisen, um die ausgewählten Verlaufsmuster aus dem Gedächtnis abzurufen. Diese Auswahlelemente können zusätzlich einen variablen Taktgeber aufweisen und einen Zähler, der mit diesem Taktgeber gekoppelt ist für die Erzeugung der Richtungsbefehle.

Fetner können die Auswahlelemente einen Erststellungsanzeiger für die Anzeige der Rotorstellung aufweisen, die er zuletzt besetzt hielt und einen Zweitstellungsanzeiger für die Anzeige der gewünschten Rotorstellung und einen Subtraktor, der mit diesen beiden Indikatoren gekoppelt ist für die Indikation der Anzahl von Stellpositionen, die sich zwischen der zuletzt innegehabten und der gewünschten Rotorstellung befinden.

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Eine Last kann mit dem vorerwähnten Rotor gekoppelt werden, und die Auswahlelemente können eine "wrap-around"Kombinationslogik umfassen, die mit dem Subtraktor gekoppelt ist, um die minimale Zahl von Stellpositionen zwischen der zuletzt besetztgehaltenen und der gewünschten Rotorstellung zu berechnen. Die Auswahlelemente können Geschwindigkeitsauswahlelemente umfassen, die in Abhängigkeit vom Subtraktor stehen, um die Elemente für die Richtungsbefehle und den variablen Taktgenerator zu steuern.

Bei dieser Ausführung können die Stromverlaufsmuster so ausgeformt sein wie vorbeschrieben. Gemäß der Erfindung kann weiterhin vorgesehen sein ein Verfahren, das den Antrieb des Rotors eines Schrittmotors vorsieht und zwar aus dem Stillstand in einer ersten Stellung zu einem Stillstand in einer zweiten Stellung bei Antrieb desselben mindestens zwischen Beschleunigung und Verzögerungsperioden mit einem Drehfeld konstanter maximaler Geschwindigkeit und dahingehend angepaßt, daß es Antireibungskräfte auf den Rotor ausübt.

Diese Verfahrensweise kann weiterhin umfassen die Beschleunigung des Rotors vom Stillstand aus der ersten Position mit η-Perioden des Drehfeldes jeweils gleichförmiger Stärke und konstanter Winkelgeschwindigkeiten, wobei η eine ganse Zahl

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und mindestens gleich 1 ist und wobei im Falle von n=1 die Rotorwinkelgeschwindigkeit gleich wird der zweifachen Feldwinkelgeschwindigkeit am Ende der entsprechenden Periode. Durch Verdopplung der Feldgeschwindigkeit ganz am Anfang erreichen der Rotor und das Feld die konstante Maximalgeschwindigkeit gleichzeitig und unter Synchronisation.

Das Verfahren kann weiterhin umfassen die Verzögerung des Rotors aus dieser konstanten Maximalgeschwindigkeit zum Stillstand in der zweiten Stellung mit η-Perioden des Drehfeldes mit jeweils gleichförmiger Stärke und konstanten Winkelgeschwindigkeiten, wobei η eine ganze Zahl und mindestens gleich 1 ist und wobei im Falle von η = 1 die Rotorwinkelgeschwindigkeit gleich null wird am Ende der entsprechenden Periode. Beim Stillstand des Drehfeldes in diesem Moment erreichen Rotor und Feld den Stillstand in der zweiten Stellung gleichzeitig und schwingungsfrei.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen schematisch

Fig. 1 einen Schnitt durch das Bauprinzip eines Schrittmotors ;

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Fig. 2 die graphische Darstellung eines typischen Dreh= kraftverlaufes;

Fig. 3 eine graphische Darstellung einer Schwingung®- periode gegen die Amplitude;

Fig. AA eine graphische Darstellung zur Illustration von Charakteristiken gemäß spezieller Gleichungen in der Einzelbeschreibung;

Fig. Ufa eine graphische Darstellung des maximalen Fehlers gegen die Schwingungsamplitude;

Fig. 5&-1 eine graphische Darstellung der Feldstellung gegen die Rotorstellung für jeweils eine Einschrittbeschleunigung und Verzögerung.

Fig. 5A-2. eine graphische Darstellung der Feldgeschwindigkeit gegenüber der Rotorgeschwindigkeit für eine Einschrittbeschleunigung und Verzögerung;

Fig. 5B-1 die graphische Darstellung der Feld- und Rotorstellungen für Zweischrittbeschleunigung und Verzögerung;

Fig. 5B-2 die graphische Darstellung der Feld- und Rotorgeschwindigkeiten für Zweischrittbeschleunigung und Verzögerung;

Fig. 6 ein Blockdiagramm der steuerschalt. für den Schrittschaltmotor;

Fig. 7 ein Blockdiagramm eines Teiles der Steuerung gemäß Fig. 6;

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Fig. 8a-8e graphische Darstellungen der gewünschten FeIdgeschwindigkeiten;

Fig. 9Ä die graphische Darstelllang des Verfahrens zur Erstellung der Stromverlaufsmuster;

Fig. 9B die graphische Darstellung der Umwandlung der Kurve gemäß Fig. 9a in einen vollständigen Kurvenverlauf für eine Phase eines Schrittmotors und

Fig.10 perspektivisch eine Gerätschaft zur Ermittlung der Daten gemäß Fig. 9a und 9b.

In Fig. 1 ist ein Vierphasenmotor mit variabler Reluktanz dargestellt und zwar mit einer 15°-Schrittschaltung. Er wird als Beispiel dahingehend benutzt, daß die folgende Schrittschaltungsentwicklung anwendbar ist für Schaltmotoren mit Permanentmagnet und variabler Reluktanz. Die nachfolgende Entwicklung ist auch unabhängig von der Zahl der Phasen und der Schaltechrittwinkel des beteiligten Motors. Der dargestellte Motor umfaßt in herkömmlicher Weise einen Rotor 10, der mit einem zugeordneten Stator 12 zusammenwirkt. Der Rotor 10 hat eine Vielzahl von Zähnen 14, 16, 18, 20, 22, 24 und der Stator eine Vielzahl von Polen 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, die in Nord- und Südpole gegliedert sind.

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Die Pole sind mit Wicklungen 42, 44, 46, 48, 50, 52, und 56 versehen. Die Anordnung ist derart getroffen, daß ein Fluchten nur zwischen einer begrenzten Zahl von Zähnen und Polen zu einer gegebenen Zeit möglich ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel fluchtet der Zahn 22 mit dem Pol 32 und der Zahn 16 mit dem Pol 40. Wenn der Rotor 10 dreht, kommen andere Stellungen bzw. Zuordnungen zustande.

Unter Verwendung geeigneter mathematischer Modelle in Bezug auf statische Drehungscharakteristiken kann gezeigt werden, daß die statische Drehung angenähert einer sinusförmigen Funktion der Rotorverstellung entspricht, wenn ein Wicklungssatz (Fig. 2) erregt wird. Dieses Ergebnis ist bekannt und ist sowohl für Motoren mit Permanentmagnet als auch mit variabler Reluktanz verwirklicht worden. Demgemäß ergibt sich:

r die Stell- oder Haltekraft ist, die eine

Funktion des Wicklungsstromes ist. Qe ist ein elektrischer Winkel, bestimmt durch Qe = N_R Gm, worin N_R die Zahl der Rotorzähne darstellt und Qm der Winkel zwischen dem Rotor und seiner Anschlagstellung ist.

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Cv wurde der Einfachheit halber als w

Wenn zwei benachbarte Phasen A und B mit Strom I. una erregt werden, so ergibt sich die Drehkraft C = -^_A sin Qe - £-g sin (Qe + 90°)

Γ_Α +Cg sin (Qe

Demgemäß führt die Erregung zweier Phasen zu einer Verschiebung seiner Stellposition und zu einer Steigerung der Haltekraft. Die Drehkraft bleibt jedoch eine sinusförmige Funktion der Rotorverstellui£.

Als nächstes wird ein Schaltmotor mit einem Schrittwinkel Ge betrachtet und zwar in Bezug auf die Schwingungscharakteristik seines Rotors. Wenn der Rotor gezwungen wird, sich um Λ Grade,0(^9, von seiner Stellposition wegzubewegen und dann freigegeben wird, weil die Rückstellkraft eine sinusförmige Funktion von Qm ist, so schwingt der Rotor exakt in der gleichen Weise wie ein Pendel (siehe bspw. Frank Bowan"Introduction to Elliptic Functions", page 27, Dover 1961).

Unter Nichtbeachtung der Reibung folgt daraus, daß Qm (t) = 2 aresin (sinO</2 snw_Qt) (2) worin w = 2 7Zfo, wobei fo eine kleine Resonanzwinkelfrequenz ist.

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sn u bezeichnet eine elliptische Funktion von u, d.h. wenn χ = sn u, dann ist

<tt

^u=

l-t*)

worin k = sin*/2 und der Modul der elliptischen Funktion ist.

Die Gleichung (2) beschreibt die periodische Bewegung des Rotors. Die komplette Periode T ist gegeben durch w T = 4K, worin K das bestimmte Integral ist

Ott

K =

Y(1-t²) ( 1-k²t²)'

Eine Prüfung der Gleichung (2) macht deutlich, daß die Bewegung des Rotors sehr eng angenähert werden kann durch

Qrn(t) = ot sin ( TL / 2K)Hgf (3)

Diese Gleichung (3) ist natürlich eine Gleichung für eine einfache harmonische Bewegung. Die Winkelfrequenz ist vermindert worden von w_Q auf (71/2K) w_Q. Das Verhältnis

ist in Fig. 3 dargestellt.

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Wie erwartet, ist die Gleichung (3) exakt, wenn oc klein ist. Wenn <rt nicht langer klein bleibt, ist der durch die Benutzung der Gleichung (3) eingeführte Fehler in Fig. 4 verdeutlicht. Es ist erkennbar, daß der Fehler extrem klein ist.

In allen praktischen Fällen geht der Voreilungswinkel des Schaltmotors (Winkel zwischen Rotor und Feld) nicht über einen vollen Schritt (<X = Qo) hinaus. Demgemäß führt die einfache harmonische Annäherung zu Ergebnissen, die für alle technische Zwecke genau genug sind.

Die nächste Betrachtung befaßt sich mit einem gleichförmigen Drehfeld. Es wird vorausgesetzt, daß es möglich ist, die Statorwicklungen nacheinander zu erregen, so daß das resultierende Feld in einer Weise rotiert, ähnlich wie bei einem mehrphasigen Wechselstrommotor. Ferner sei zusätzlich vorausgesetzt:

1) das Feld rotiert mit einer konstanten Geschwindigkeit

2) das Feld hat eine konstante Stärke.

Unter diesen Umständen kann der Rotor als von einer Feder gezogen betrachtet werden, während sich das andere Ende der Feder längs eines Kreisweges mit konstanter Geschwindigkeit bewegt.

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Da gezeigt wurde, daß die Bewegung des Rotors eine einfache harmonische Bewegung ist, wenn die Versetzung zwischen Rotor und Feld klein ist, folgt, daß die Federkonstante sich nicht verändert. Demzufolge wird es einfach, einen Ausdruck für die Rotorbewegung zu erhalten.

Es sei unterstellt, daß bei t = 0 die Rotorstellung mit Feld zusammenfällt und sich mit einer Anfangsgeschwindigkeit W^ von Schritten pro Sekunde bewegt. Das Feld bewegt sich mit einer konstanten Geschwindigkeit w^f die kleiner oder größer als w,. sein kann, d.h.,

Θ_Γ(Ο) =0 Θ_Γ (0) =HC, 9_f(0) =0 9_f (t) =W₂

Die Lösung der folgenden Bewegungsgleichung

9_r (t) =

Sl

worin Jl = 2 TL fο (-^) die große Winkelschwingungsfrequenz (aber noch kleiner als ein voller Schritt) in Einheiten von Radianten pro Sekunde ist» Das Verhältnis 2 K/TL ist in Fig» 3 verdeutlicht. Der erste Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung (4) ist die Schwingung und der zweite

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ist der einfache Ausdruck für die Feldbewegung 9- (t). Demgemäß "folgt" der Rotor dem Statorfeld, schwingt aber um seine Gleichgewichtsstellung.

Die Amplitude der Schwingung beträgt (W₁ - W₂) / Schritte. Um diese Amplitude innerhalb eines vollen Schrittes zu halten, muß man haben:

₁ - W₂ ρ ^° (4A)

Differenziert man die Gleichung (4) nach t, 9_r (t) = ( W₁ - w₂) cosi2 ot + w₂ (5)

bei t =7£/_f2._o, so sind die Rotorstellung und die Ges chwindi gke i t

Θ_Γ (Tl/Sl₀) = Q_f (7L /IX₀) = TL w₂/SL₀ (6) Q_r ClL/Sl₀) = 2 W₂ - W₁ (7)

Demgemäß fällt der Rotor auf dem halben Wegspunkt des Resonanzzyklus nicht nur mit dem Feld zusammen, sondern wurde auch einem Geschwindigkeitswechsel von W₁ auf 2 W unterworfen (Nettowechsel = 2(w₂ - W₁)).

Halbwellen Start-Sto-p-Steuermethode

Um einen Schalt- bzw. Schrittmotor aus dem Stillstand zu beschleunigen, wird ein Drehfeld von W₂ Schritten pro Sekunde verwendet, wobei W₂^i-O₀ ist. Am Ende der Hälfte der Resonanzperiode t = 7£/-GL beträgt die Rotorgeschwindigkeit 2 w₂ (w.» = 0 in Gleichung (7) ). Wenn nun die Feldgeschwindigkeit ganz am Anfang von W₂ auf 2w₂ gebracht wird, wird der Rotor festgelegt oder synchronisiert durch das Feld, und es ergibt sich eine konstante Drehgeschwindigkeit. Während dieser konstanten Drehgeschwindigkeit kann der Rotor dem Feld mit einem kleinen Winkel nacheilen, so daß Energie zugeführt werden kann, um den Friktionsverlust zu kompensieren. Am Ende der konstanten Drehgeschwindigkeit wird die Feldgeschwindigkeit auf Wp zurückgebracht, so daß der Rotor nun voreilt. Wiederum eine halbe Resonanzperiode später gelangt der Rotor zu einem vollständigen Stop (w₂ = 2 W₂ in Gleichung (7)1.

Da jedoch das Feld in diesem Moment mit dem Rotor fluchtet, kann das Feld angehalten werden, und es wird eine schwingungsfreie inkrementale Bewegung erhalten. Fig. 5A zeigt die einzelne Schritt-Beschleunigungs-Verzögerungsbewegungscharakteristik.

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29Q2686

Wenn die gewünschte maximale Drehzahl größer ist als Xl , dann kann eine gesteuerte Beschleunigung in einer einzelnen Halbperiode nicht durchgeführt werden, sondern der Rotor muß um einen Schritt pro Halbperiode beschleunigt werden. Mit anderen Worten, der Rotor wird von 0 auf 2 w<. während der ersten Halbperiode (Statorfeldgeschwindigkeit = w ) beschleunigt und dann von 2 w auf 2 Wj₃ während der zweiten Halbperiode (Statorfelddrehzahl = w„ + w, ) und so

el D

fort. Die Verzögerung muß natürlich auf die gleiche "Step-by-Step"-Art durchgeführt werden. Fig. 5B zeigt die Charakteristik einer Zweischritt-Beschleunigungs-Verzögerung.

Damit ist nunmehr klar, daß zur Erreichung einer vollständigen Rotorbewegungssteuerung ein drehendes Statorfeld die folgenden Eigenschaften haben muß:

1) konstante, aber schaltbare (stückweise konstant) Geschwindigkeit

2) konstante Starrheit oder Drehkraftempfindlichkeit

T/Q, wobei θ der Winkel zwischen Rotor und Feld ist.

Eine Geräteverwirklichung des obigen ist in Fig. 6 verdeutlicht. Das Blockschaltbild in Fig. 6 umfaßt eine Befehlseingabe 80, die bspw. der Ausgang eines Computers

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sein kann oder der eines Speichers oder die so ausgebildet sein kann, daß sie die Befehle zur Steuerung eines Schrittmotors zu liefern in der Lage ist. Diese Befehlseingabe 80 ist über eine Leitung 82 mit einer Entscheidungs- bzw. Erkennungslogik 84 verbunden, die ihrerseits mit einem variablen Fehler 88 über Leitungen 86 verbunden ist. Ein Kristall-Oszillator 90 ist über Leitungen 92 mit dem Rechner 88 verbunden, der seinerseits durch Leitung 94 mit einem Vor-Rückzähler 96 in Verbindung steht, der ein Eingangssignal über Leitung 98 von der Entscheidungslogik erhält. Die Einzelheiten der Entscheidungslogik 84 werden nachfolgend anhand von Fig«, 7 näher erläutert.

Der Vor-Rückzähler 96 speist Signale bzw. Befehle über die Leitungen 100, 102, 104 und 106 in die Speicher (Festwertspeicher) 108, 110, 112 und 114 ein. Diese wiederum sind über Leitungen 116, 118, 120, 122 mit Digital/Analogwandlern 124, 126, 128 und 130 verbunden«, Diese Wandler stehen über Operationsverstärker OPAMP 140, 142, 144, 146 in Verbindung, die selbst wieder mit Leistungsverstärkern 148, 150, 152 und 154 verbunden sind. Diese Verstärker sind jeweils mit den Wicklungen 156, 158, 160 und 162 verbunden, die die vier Phasen des Schrittmotors darstellen. Die Anzahl der Phasen ist nur beispielsweise gewählt und soll keine Einschränkung darstellen.

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Die Widerstände 164, 166, 168 und 170 sind richtungsbestimmende Widerstände zwischen den vorerwähnten Wicklungen und Erde und arbeiten in Verbindung mit Widerständen 172, 174, 176 und 178 zusammen, die im Rückkopplungsverhältnis zu den vorerwähnten Verstärkern 14O, 142, 144 und 146 stehen.

Der Eingabebefehl, der die Information der nächstgewünschten Motorwellenstellung enthält, wird in die Logik 84 gegeben. Diese Logik enthälζ immer die Wellenstellung gespeichert. Demzufolge kann eine Entscheidung getroffen werden, in welcher Richtung der Motor drehen soll und welches Geschwindigkeitsprofil er haben soll.

Wenn einmal das gewünschte Geschwindigkeitsprofil (für den Rotor)ausgewählt worden ist, so kann die Geschwindigkeit des Statorfeldes leicht bestimmt werden (aus Fig. 5A oder 5B). Die Entscheidungslogik 84 gibt demgemäß ein Steuersignal aus (Geschwindigkeitsauswahl), das den Rechner 88 so beeinflußt, daß ein Schaltimpuls mit der gewünschten Rate erzeugt wird. Dieser Schaltimpuls (Motor-Drehzahl-Steuerungsimpuls), wenn mit dem Richtungsbefehl der Entscheidungslogik 84 kombiniert, scheidet die Vor-Rückzähler 96 nach oben oder unten. Der Zählerausgang, eine Digitalzahl, wird in die Leitungen zu den Speichern 108,

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110, 112 und 114 eingespeist. Da in diese Speicher passende Stromprofile I^, I_ß, Ι_β und I₀ (als Funktion der Zeit) vorher eingegeben worden sind, stellt der ROM-Ausgang zu Jedem Augenblick die momentanen Werte der Wicklungsströme dar. Im Falle des ROM 108 (ROM = Read only Memory) wird dessen Ausgang in eine Analogspannung durch den Wandler 125 umgewandelt. Der Ausgangsstrang, der aus dem Verstärker 140 dem Leistungsverstärker 148, den Widerständen 164, 172 und 132 besteht, schickt den Strom durch die Phase A bzw. deren Wicklung 156 des Motors. Da die Spannung in der Verbindung der Widerstände 164 und 172 dem Wicklungsstrom proportional ist, zwingt die ausgeprägte Eigenschaft der virtuellen Erdung des Operationsverstärkers den Motorstrom direkt proportional dem Ausgang des Digital/ Analog-Wandlers zu sein. Basierend auf der Halbleitertechnologie können in einem einzigen Mikroprozessor alle Teile links vom Wandler 124 untergebracht werden.

Die Wirkungsweise dieser Schaltung dürfte im wesentlichen nach der vorauf gegangenen Beschreibung verständlich sein. Es ist jedoch zweckmäßig, darauf hinzuweisen, daß der variable Zähler 88 so arbeiten kann, daß er den Ausgang des Kristall-Oszillators 92 zählt und so gesteuert wird, daß er einen Ausgang hat, der der Zählung einer gewissen kennzeichnenden Zahl von Zyklen folgt.

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Fig. 7 zeigt die genauere Schaltung der Entscheidungslogik 84. Die Eingabe kommt über Leitung 82 herein und zeigt eine neue Stellung an, angenommen von einer mechanischen Last, die bewegt wird. Diese neue Stellung, bzw. das entsprechende Signal geht in einen Subtraktor 400, der auch Informationen erhält über die alte bzw. vorhergehende Position aus dem Zähler 402, der mit dem Subtraktor 400 durch die Leitung 404 verbunden ist, der selbst über Leitung 406 mit einer Logikschaltung 408 in Verbindung steht. Deren Ausgang läuft über eine Leitung 410 zu einem Inkrement-Holding-Register 412 und über die Leitung 414 zu einem Flip-Flop. Ein Strob-Signal geht über die Leitung 418 durch den Flip-Flop 460 über die Leitung 420 und in das Register 412 durch die Leitung 422. Die Leitung 418 führt zu einem Schrittrechner 424 (Inkrementto-go counter), der über eine Leitung 426 einen Eingang von der Logikschaltung 408 erhält. Ein "up date-Signal läuft über die Leitungen 428, 430 und 432 zu dem Rechner "Alte Stellung" 402 und dem Schrittrechner 424.

Der Ausgang des Rechners 424 läuft über die Leitung 434 zu einer Logik 436 zur Geschwindigkeitssteuerung (speedselection combinational logic circuit), die ein weiteres Eingangssignal über die Leitung 438 erhält. Der Flip-Flop 416 wirft über die Leitung 440 ein Richtungssignal aus.

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Die Ausgänge der Logik 436 werden über die Leitungen 440, 442, 444, 446 und 448 weitergegeben und sind mit V, 2V, 3V, 4V und 8V bezeichnet, was nachfolgend erläutert wird.

Die in Fig. 7 dargestellte Schaltung basiert auf einer speziellen "hardware", die in diesem Fall einen Schreibmaschinenkugelkopf mit 22 Typen in jeder einer Mehrzahl von horizontalen Reihen umfaßt. Dieser Kopf bildet die drehbare, mechanische Belastung« Der dafür verwendete Motor war ein 15°-Schrittmotor mit variabler Reluktanz, der 24 Stellpositionen einnehmen konnte.

Die Fig. 8A-E zeigen die gewünschten Feldgeschwindigkeitsprofile für alle möglichen inkrementalen Bewegungen. Um dies zu erreichen, arbeitet die Entscheidungslogik 84 gemäß Fig. 7 wie folgt? In Fig. 7 mag der "Altstellungsrechner" 402 ein Fünf-bit-Rechner sein, der in zwei Richtungen arbeitet. Seine Inhalte entsprechen der Motorwellenstellung. Bei der Zählung (im Uhrzeigersinn) mag bspw. jede Stellung durch eine Zahl von 0-21 repräsentiert sein.

Der Subtraktor 400 erzeugt die Differenz zwischen zwei Digitalzahlen, wobei die eine der neuen bzw. zukünftigen

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Stellung und die andere der vorhergehenden bzw. "Altstellung" entspricht. Die Differenz kann durch eine Sechs-bit-Digitalzahl dargestellt werden, die bspw. auch noch ein Vorzeichen (+) einschließen kann.

Die Logik 408 vereinfacht die Sechs-bit-Zahl, die vom Subtraktor 400 erhalten wird. Da - 21 "im Gegenuhrzeigersinn" bedeutet und demgemäß eine Bewegung von 21 Stellungen im Gegenuhrzeigersinn anzeigt, kann dies geändert werden, um die Zahl der zu passiererden Stellungspositionen zu reduzieren. Bei der tatsächlichen Bewegung kann dies durch Drehung des Motors im Uhrzeigersinn von einer Stellung aus erreicht werden. Demgemäß werden alle Zahlen außerhalb des Bereiches -10 bis +11 (mit der 0 ergibt dies alle 22 für den Schreibkopf zu fördernden Stellungen) in der Logik 408 ersetzt und durch eine äquivalente Zahl mit entgegengesetztem Vorzeichen (was die Bewegung reduziert).

Der Flip-Flop 416 ist der Richtungsflipflop, der die Information enthält bzw. speichert, in welcher Richtung sich die Bewegung vollziehen soll. Er wird einmal geschaltet für jede geforderte inkrementale Bewegung.

Das Register 412 nimmt den Ausgang der Logik 408 auf und speichert diesen für die ganze Bewegungszeit. Der Inhalt

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dieses Registers ist die Indikation der Gesamtstellungen, die vom Motor in jeder Richtung vorzurücken sind.

Der Schrittrechner 424 wird anfangs mit der gleichen Zahl wie das Register 412 beschickt. Wenn jedoch der Motor läuft, inkrementiert eine Signalrückkopplung vom variablen Rechner 88 (Fig. 6) diesen Schrittrechner 424, wenn die Motorwelle jeden Schaltschritt abschließt. Demgemäß stellt dieser Zähler die tatsächlichen Schritte dar, die noch nicht abgeschlossen worden sind. In Hinblick auf die Logik 436 zur Geschwindigkeitssteuerung und wenn die notwendige Information vom Register 412 und dem Rechner 424 erhalten wird, können leicht fünf Signale V, 2V, 3V, 4V und 8V erzeugt werden. Wenn bspw. die Gesamtbewegung fünf Schritte umfassen soll und der Motor gerade den zweiten Schritt vollzogen hat, so ist aus Fig. 8 erkennbar, daß der dritte Schritt eine Geschwindigkeit von 8V haben sollte, die achtmal so schnell ist wie die Grundbezugsgeschwindigkeit V. Aus diesem Grunde ist das Signal 8V zu diesem Zeitpunkt zu aktivieren.

Fig. 6 umfaßt ferner die Verlaufskurven der Ströme, die den Wicklungen der verschiedenen Phasen zugeführt werden und die in den Speichern 108, 110, 112 und 114 enthalten sind. Wie diese Stromverläufe bzw. Kurven entwickelt werden, wird nachfolgend erläutert.

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Unter Bezugnahme auf Fig. 5A-1 und Fig. 5A-2, die eine Einschritt-Beschleunigung und Verzögerung darstellen, ist erkennbar, daß die Abszissen 200, 216 die Zeiteinheiten enthalten und auf den Ordinaten 202, 218 die Winkel in Grad und die Winkelgrade pro Sek. aufgetragen sind. Es ist erkennbar, daß die ganze Bewegungszeit in drei Perioden geteilt ist, d.h., Beschleunigung, konstante Geschwindigkeit und Verzögerung.

Während der Beschleunigung schreitet das Feld mit einer konstanten Geschwindigkeit Wp voran, wie mit 220 angegeben, und die Rotorstellung 204 bleibt hinter der Feldstellung zurück. Zu Beginn dieser Periode läuft der Rotor mit einer Geschwindigkeit 222, die langsamer ist als die Feldgeschwindigkeit 220. Wenn jedoch der Mittelpunkt 224 überschritten ist, geht die Rotorgeschwindigkeit 226 über die Feldgeschwindigkeit 220 hinaus, aber zu dieser Zeit wird der Rotor noch beschleunigt, weil seine Stellung 204 noch hinter der Stellung 206 des Felds liegt. Diese Bedingung hält sich, bis am Ende der Periode 228 der Rotor die Feldstellung einholt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Rotorgeschwindigkeit präzise 2 W₂. D.h. zweimal so schnell wie die Feldgeschwindigkeit bzw. Drehzahl. Von hier an beginnt die konstante Geschwindigkeitsumkehrperiode.

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Während der konstanten Geschwindigkeitsperiode wird die Feldgeschwindigkeit auf 2 w~ gebracht, so daß Rotor und Feld synchron laufen, wie das durch die Stellungskurve

208 und die Geschwindigkeitskurve 230 erkennbar ist.

Zu Beginn der Verzögerungsperiode wird die Feldgeschwindigkeit von 2 Wp auf Wp, wie mit 232 angedeutet, zurückgenommen, so daß die Rotorstellung 210 über die Feldstellung

209 (Fig. 5A-1) hinausgeht.

Da der Rotor gewissermaßen konstant die hinter ihm befindliche antreibende Kraft sieht, beginnt er gemäß 212 abzufallen. Nach Passage des Mittelpunktes 234 ist die Rotorgeschwindigkeit geringer als die Feldgeschwindigkeit W₂, aber die Verzögerung setzt sich fort, da sich die Rotorposition 210 noch vor der Feldposition 209 befindet. Diese Bedingung hält sich, bis der Rotor am Ende 238 der Verzögerungsperiode anhält. Es sei hier ausdrücklich darauf hingewiesen, daß im Moment des Anhaltens des Rotors die Feldstellung mit der des Rotors zusammenfällt.

Demgemäß sollte die Bewegung des Feldes im gleichen Moment angehalten werden, so daß sich keine Rotorbewegung mehr ergibt und eine nachlauffreie, inkrementale Bewegung erreicht wird.

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Die Kurven 5A-1 und 5A-2 zeigen Verläufe, die zufriedenstellend für eine Benutzung in Bezug auf die Fig. 8A, 8B, 8C, 8D und 8E sind. In diesen Fig. gibt es jedoch keine konstante Geschwindigkeitsabfallperiode, so daß die gesamte Bewegungszeit aus zwei Perioden besteht und zwar eine für die Beschleunigung und eine für die Verzögerung.

Die Begrenzung für die Einschritt-Beschleunigungs-und Verzögerungschema liegt in der Tatsache begründet, daß sich die Rotorgeschwindigkeit bzw. Drehzahl während einer halben Resonanzperiode nicht excessiv ändern kann. Mit anderen Worten, die Feldgeschwindigkeit W₂ muß während der Beschleunigung der Ungleichung (4A) genügen, die in diesem Falle | WpI^ -i*2_ wird, worin-Q die Resonanzwinkelgeschwindigkeit des Rotors ist, d.h. IL = 2 TL /T. T ist dabei die gemessene Resonanzperiode.

Falls eine sehr hohe Rotorgeschwindigkeit gewünscht ist, kann ein mehrschrittiges Beschleunigungs- und Verzögerungssteuerschema angewendet werden. Im Endeffekt beschleunigt und verzögert dieses Steuerschema den Rotor graduell mit einem Schritt in der Zeit, so daß der Ungleichung (4A) immer genügt wird. Eine zweischrittige, beschleunigte und verzögerte inkrementale Bewegung ist in den Fig. 5B-1 und

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5B-2 dargestellt. Dabei ist zu bemerken, daß während der ersten Beschleunigungsperiode die Feldgeschwindigkeit 250 w„ ist und der Rotor am Ende der Periode mit seiner Geschwindigkeit ein Wert von 2 w_ erreicht. Während der zweiten

el

Beschleunigungsperiode wird die Feldgeschwindigkeit auf w_& + W-J₃ gebracht, wie mit 252 angedeutet. Der Rotor wird dann weiter auf eine Geschwindigkeit von 2(w_ö + W₁J- 2w„ =

el D cL

2w^ beschleunigt (Gleichung (7) ). Die Verzögerung wird in gleicher Weise erreicht, nur im umgekehrten Sinne.

Wiederum unter Bezugnahme auf Fig. 5B-1 und 5B-2 zeigt die letztere eine zweischrittige Beschleunigung in Form eines konstanten Beschleunigungsbetrages 250 und 252» ehe der konstante Beschleunigungsbetrag 254 für die maximale Geschwindigkeit von Rotor und Feld erreicht ist.

Die zweischrittigen Verzögerungen sind mit 256 und 258 bezeichnet, und Rotor und Feld kommen bei 260 gleichzeitig zum Stillstand.

Bei allen Schritten fällt auf, daß sich die Kurven Jeweils in den Mitten der Beschleunigungs- und Verzögerungsperioden kreuzen, so daß eine Synchronisation bei maximaler Geschwindigkeit erreicht wird und daß ein zweckmäßiger Stillstand ohne Schwingung und Nachlauf bei 260 erreicht wird.

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Es bleibt noch darzustellen, daß bei jedem gegebenen Vierphasen-PM oder VR-Schrittmotor ein gleichförmiges Stromprofil 1(9) derart besteht, daß, wenn man θ = wt setzt, ein gleichförmig starkes Drehfeld mit konstanter Geschwindigkeit 2w/£ (mechanische Schritte pro Sek.) erzeugt wird unter der Voraussetzung, daß man werden läßt

I_A(t) = I(wt) den Antriebsstrom für die Phase A I_B(t) = I(wt-7Z./2) den Antriebsstrom für die Phase B I (t) = I(wt- 7Z.) den Antriebs strom für die Phase C I_D(t) = I(wt-3Ä/2) den Antriebsstrom für die Phase D.

Die Form von Ι(θ) ist schwer vorauszusagen, weil das Drehkraft-Strom-Verhältnis sehr kompliziert wird, wenn das ferromagnetische Material in den Sättigungsbereich getrieben wird.

Gemäß folgendem kann jedoch der Strom Ι(θ) leicht auf empirischem Wege gehalten werden:

Schritt 1) Man beschicke die A-Phasenwicklung mit maximalen Betriebsstrom und öffne die Phasen B,C,D. Messe die Rotorsteifigkeit und registriere die "Stellpositionen¹¹.

Schritt 2) Man gebe einen kleinen beliebigen Strombetrag durch die Phase B und reduziere den A-Phasenstrom um einen kleinen, aber nicht notwendig

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gleichen, beliebigen Betrag. Zu diesem Zeitpunkt wird die"Stellposition" des Rotors um Δ θ (höchstens 5 bis 10% eines vollständigen Schrittes) von seiner Ausgangsstellung entfernt sein.

Schritt 3) Einstellen des Stromes in beiden Wicklungen, bis die Steifigkeit der in Schritt 1) entspricht, wobei in der Zwischenzeit die Ver-

Λβ

Schiebung in die"Stellposition"runverändert gehalten werden sollte. Die Wicklungsströme I_A (ΔΘ) und Ig (ΔΘ) sind zu registrieren.

Schritt 4) Man wiederhole die Schritte 2) und 3) für neue "Stellpositionsverschiebungen 2 0/3 θ .... usw. bis I. = Ig. Zu diesem Zeitpunkt sollte der Rotor einen halben Schritt von seiner Ausgangsstellung entfernt sein (Fig„ 9A).

Schritt 5) Man konstruiere I(θ) zuerst durch Verkettung von Ι_Α(θ) und Ig(ö) und dann zeichne man die resultierende Kurve spiegelbildlich weiter (Pig. 9B).

Oben ist die Rede gewesen von Rotorsteifigkeit. Dies schließt in sich eine Messung bspw. in Zoll-Unzen pro mech.Grad ein, zu erstrecken über einen Betriebsbereich von 0 bis 0,7

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eines vollständigen Schrittes in einem Schrittmotor.

In Fig. 9A ist die Abszisse mit einer Gradeinteilung versehen, während in der Ordinate die Stromeinheiten aufgenommen sind. Bei jedem der Schritte werden zwei Messungen vorgenommen, beginnend mit einem Strom in der B-Phase bei einem maximalen Betriebsstrom in der Phase A. Evtl. kreuzen sich die Kurven bei 304 und die Messungen können dann beendet werden, denn, wie bspw. in Fig. 9B dargestellt, kann die Kurve 306 in Fig. 9A als Spiegelbild 306' benutzt werden, um die Kurve 308 zu vervollständigen. Demgemäß besteht die Kurve aus den Teilen 308 und 306' und kann benutzt werden als Spiegelbild in Bezug auf die Ordinate 302, um den Kurventeil 310 zu bilden, wobei die ganze Kurve für die Zusammenarbeit in den Phasen A und B erreicht wird. Der totale Gebrauch aller Phasen ist im Oberteil von Fig. verdeutlicht, aus der erkennbar ist, daß jeder dieser Stromverläufe, die glockenförmig sind, in den Gedächtnissen 408, 410, 412 und 414 gespeichert werden für eine Auswahl gemäß eingegebenem Kommando. Die Geschwindigkeit wird durch entsprechend angepaßte Operationen des Rechners 88 gesteuert, wie oben erläutert.

Die allgemeine Technik,nach der die notwendigen Messungen zu den Fig. 9A und 9B gemacht werden, kann mit einem Gerät

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gemäß Fig. 10 praktiziert werden.

Darin ist der Schrittmotor mit 320 bezeichnet, auf dem eine Skalenscheibe 322 mit einem Zeiger 324 angeordnet ist, der an der Motorwelle 326 sitzt. Während der Kugelschreibkopf als Last 328 vom Motor betrieben werden kann, wird dieser Kopf für Messungen entfernt und ersetzt durch einen Drehkraftmesser 330, der über einer Skalenscheibe 334 einen stationären Zeiger 332 und einen beweglichen Zeiger 336 aufweist, womit die vorerwähnten Messungen durchgeführt werden können, um die Kurven gemäß Fig. 9A und 9B zu erhalten.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche :

gekennzeichnet durch

einen Rotor, einen Stator mit Wicklungen zur Erzeugung eines beweglichen Statorfeldes und zum Antrieb des Rotors, durch eine mechanische Last auf dem Rotor und durch Elemente zur Stromzuführung zu den Wicklungen derart, daß der Rotor derart angetrieben wird, daß die Last in jeder gewünschten Stellung mit dem Rotor gleichzeitig mit dem Feld schwingungsfrei angehalten werden kann.

2. Schrittschaltmotor nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Elemente zur Stromzuführung Elemente derart umfassen, daß ein bewegliches Feld mit einheitlicher Feldstärke und mit konstanter, aber schaltbarer

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Geschwindigkeit erzeugt wird.

3. Schrittschaltmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromverlaufskurven eine Form haben, die mit der magnetischen Charakteristik des Motors in Bezug steht.

4. Schrittschaltmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurven glockenförmig ausgeformt sind.

5. Schrittschaltmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor dem Statorfeld folgt, aber Gleichgewichtsstellungen hat, die bestimmte "Anschlagsschritte¹¹ definieren und einen Resonanzzyklus relativ zu diesen Gleichgewichtsstellungen aufweist und wobei die Elemente zur Stromzuführung Elemente aufweisen zur Stromzuführung mit einem derartigen Stromverlauf, daß bei der Hälfte des Resonanzzyklus der Rotor mit dem beweglichen Statorfeld zusammenfällt.

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2302686

6. Schrittschaltmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet» daß die Stromzuführungselemente den Strom mit einer Vielzahl von konstanten Folgeraten zuführen, um den Rotor auf eine konstante Geschwindigkeit in Synchronisation mit dem beweglichen Statorfeld zu bringen.

7. Schrittschaltmotor nach Anspruch 1_f dadurch gekennzeichnet, daß die Last als ein Kugelschreibkopf ausgebildet ist.

8. Schrittschaltmotor nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungseleniente Elemente zur Speicherung einer Mehrzahl von Stromverläufen und Amswahlelemente aufweisen, um ausgewählt die Wicklungen mit den Stromverläufen zu beaufschlagen·

9. Schrittschaltmotor nach Anspruch 3»

dadurch gekennzeichnet,

daß die Stromzuführungselemente Elemente zur Speicherung einer Mehrzahl von Stromverlämfen und Auswahlelemente aufweisen, um ausgewählt die Wicklungen mit den Stromverläufen zu beaufschlagen«,

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10. Schrittschaltmotor mit Steuerung für den Antrieb einer Last in eine Mehrzahl von ausgewählten Folgestellungen, gekennzeichnet durch einen magnetisch gekoppelten Antrieb und ein getriebenes Element zum Antrieb der Last und durch Elemente zur Erzeugung eines beweglichen magnetischen Feldes im Antriebselement zum Antrieb des anzutreibenden Elementes, wobei das anzutreibende Element ausgebildet ist für eine Bewegung aus dem Stillstand von einer ersten Stellung bis zum Stillstand in einer zweiten Stellung, wobei ferner die Elemente das bewegliche Feld bei einer Beschleunigungsgeschwindigkeit für die Dauer einer halben Rotorresonanzperiode für die Beschleunigung des anzutreibenden Elementes aus dem Stillstand bei der ersten Stellung auf eine konstante Laufgeschwindigkeit erzeugen und ferner das bewegliche Feld bei einer konstanten Laufgeschwindigkeit erzeugen, die mit der konstanten Laufgeschwindigkeit des angetriebenen Elementes in Synchronisation korrespondiert und ferner dadurch, daß die Beschleunigungsgeschwindigkeit konstant und derart ist, daß das angetriebene Element und das bewegliche Teil gleichzeitig ihre konstante Laufgeschwindigkeit annehmen.

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11. Schrittschaltmotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß die Elemente zur Erzeugung des beweglichen Feldes dieses bei einer Verzögerungsgeschwindigkeit für die Dauer einer halben Rotorresonanzperiode für die Verzögerung des angetriebenen Elementes bis zum Stillstand in der zweiten Stellung erzeugen, wobei die Verzögerungsgeschwindigkeit konstant ist und derart beendet wird, daß das bewegliche Feld und das angetriebene Element in der zweiten Stellung gleichzeitig zum Stillstand kommen.

12. Schrittschaltmotor für den Antrieb einer Last in mehrere ausgewählte Folgestellungen,
gekennzeichnet durch einen magnetisch gekoppelten Antrieb und ein anzutreibendes Element zum Antrieb der Last, wobei das anzutreibende Element ausgebildet ist zur Kupplung mit der Last und durch Elemente zur Erzeugung eines beweglichen magnetischen Feldes im Antriebselement zum Antrieb des anzutreibenden Elementes, wobei die Elemente das bewegliche Feld bei einer Mehrzahl von konstanten Folgebeschleunigungsgschwindigkeiten erzeugen für die Beschleunigung des anzutreibenden Elementes aus dem Stillstand in einer ersten der Stellungen auf eine

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konstante Laufgeschwindigkeit und wobei ferner das bewegliche Feld bei konstanter Laufgeschwindigkeit korrespondierend zur konstanten Laufgeschwindigkeit des angetriebenen Elementes in Synchronisation erzeugt wird.

13. Schrittschaltmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

daß die Elemente zur Erzeugung des beweglichen Feldes dieses bei einer Mehrzahl von konstanten Folgeverzögerungsgeschwindigkeiten für die Dauer einer halben Rotorresonanzperiode für die Verzögerung des angetriebenen Elementes bis zum Stillstand in der zweiten Stellung erzeugen, wobei die Verzögerungsgeschwindigkeit konstant ist und derart beendet wird, daß das bewegliche Feld und das angetriebene Element in der zveLten Stellung gleichzeitig zum Stillstand kommen.

14. Schrittschaltmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß das Antriebselement ein Stator und das angetriebene Element ein Rotor ist und am Stator Wicklungen vorgesehen sind.

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15. Schrittschaltmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

daß das Antriebselement ein Stator und das angetriebene Element ein Rotor ist und am Stator Wicklungen vorgesehen sind.

16. Schrittschaltmotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,

daß dem Motor Speicher zur Speicherung der Stromver lauf smuster zugeordnet sind, die mit den Wicklungen zur Erzeugung des beweglichen Feldes verbunden sind und daß Auswahlelemente mit den Speichern verbunden sind.

17. Schrittschaltmotor nach Anspruch 15_f

dadurch gekennzeichnet,

daß dem Motor Speicher zur Speicherung der Stromverlaufsmuster zugeordnet sind, die mit den Wicklungen zur Erzeugung des beweglichen Feldes verbunden sind und daß Auswahlelemente mit den Speichern verbunden sind.

18. Schrittschaltmotor nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,,
daß auf halbem Wege der Verzögorungsgeschwindigkeit das angetriebene Element eine Geschwindigkeit hat, die mit der Verzögerungsgeeclawindigkeit korrespondiert«,

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19. Schrittschaltmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf halbem Wege der Verzögerungsgeschwindigkeit das angetriebene Element eine Geschwindigkeit hat, die mit der Verzögerungsgeschwindigkeit korrespondiert.

20. Verfahren zur Einrichtung von Stromverläufen für Wicklungen eines Mehrphasenschrittschaltmotors, der einen. Rotor hat,
gekennzeichnet durch eine Mehrzahl bestimmter "Anhaltstellungen" und ein gleichförmiges Orehfeld mit einer konstanten Geschwindigkeit, wobei die Wicklungen in wirksamen Folgepaaren zur Steuerung des Motorrotors betreibbar sind und wobei das Verfahren umfaßt: Antrieb einer Wicklung des Paares mit dem maximalen Laufstrom und Messung der "Motorsteifigkeit" bei der resultierenden Anhaltstellung, dann Beschickung der anderen Wicklung mit einem relativ kleinen Strom und Reduzierung dieses Stromes zur Verstellung des Rotors um einen Teil der Distanz bis zur nächsten Anhaltstellung, bei Aufrechterhaltung der Rotorstellungjustierung der beiden Ströme, um eine Rotorsteifigkeit zu erhalten, die der ersten Rotorsteifigkeit gleich ist, nachfolgend Ver-

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stellung des Rotors gegen die nächste Anhaltstellung durch Strombeaufschlagung des Wicklungspaares während der Einstellung der Ströme zur Aufrechterhaltung der Rotorstellung und Rotorsteifigkeit, wobei die Größen des eingestellten Stromes Stromverlaufskurven für die Wicklungen definieren, um ein gleichförmiges Drehfeld mit einer konstanten Geschwindigkeit vorzusehen.

21„ Verfahren nach Anspruch 20,

gekennzeichnet durch Unterbrechung der Rotorverstellung und Einstellung der Ströme im Wicklungspaar, wenn die eingestellten Ströme einander gleich sind und Ausbildung von Kurven der eingestellten Strombeträge, wobei jede Kurve durch das Spiegelbild der anderen Kurve fortgesetzt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21,

dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorsteifigkeit bestimmt wird durch Messung des durchschnittlichen Drehkraft/Versatz-Verhältnisses über einen ausgewählten Bereich des Rotorversatzes von seiner Anschlagstellung aus.

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23. Verfahren nach Anspruch 22,

dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich etwa 17-10 der Distanz zwischen Anschlagstellungen beträgt.

24. Schrittschaltmotor mit Steuerung, gekennzeichnet durch

einen Stator, einen Rotor und Wicklungen am Stator, um den Rotor über eine Mehrzahl von Anschlagstellungen zu treiben, durch Speicher zur Speicherung von Stromverlaufsmustern für die Wicklungen zur Erzeugung eines Drehfeldes, um den Rotor aus dem Stillstand bei einer ersten Stellung aller Anschlagstellungen zum Stillstand in einer zweiten Stellung bei konstanter Geschwindigkeit zu bringen und mit relativ kleiner Gegenreibungskraft zwischen Beschleunigungs- und Verzögerungsperioden, wobei die Speicher Stromverlaufsmuster speichern, um damit die Wicklungen während einer Beschleunigungsperiode zu beaufschlagen und um den Rotor und das Drehfeld synchronisiert auf korrespondierende Geschwindigkeiten zu bringen und um ferner die Wicklungen während einer Verzögerungsperiode mit Strom zu beschicken, um den Rotor und das Drehfeld gleichzeitig zum Stillstand zu bringen und zwar den Rotor in der zvriLten Anschlagstellung und ferner durch Auswahlelemente zur

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Auswahl der Stromverlaufsmuster für den Antrieb des Rotors.

25. Schrittschaltmotor nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,

daß die Speicher ein Gedächtnis für jede der Wicklungen umfassen, welche Gedächtnisse die Stromverlaufsmuster speichern.

26. Schrittschaltmotor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,

daß die Auswahlelemente Elemente umfassen zur Erzeugung von Richtsignalen, um ausgewählte Stromverlaufsmuster den Gedächtnissen abzurufen.

27. Schrittschaltmotor nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet,

daß die Auswahlelemente einen variablen Zeit (clock) Generator umfassen und einen Zähler, verbunden mit dem Clockgenerator für die Erzeugung der Richtsignale (addresses).

28« Schrittschaltmotor nach. Anspruch 27» dadurch gekennzeichnet» daß die Amswefaleleienite einen Ausgaagsatelliongsaiizeiger

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und einen Zweitstellungsanzeiger für die gewünschte Rotorstellung umfassen und Subtraktionselemente, verbunden mit den Anzeigern für die Indikation der Zahl der "Anschlagstellungen¹¹ (detent positions) zwischen der Ausgangsstellung und der gewünschten Stellung.

29. Schrittschaltmotor nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Rotor eine drehbare Last verbunden ist und daß die Auswahlelemente eine Rundwicklungs(wrataround)-Kombinationslogik zu den Subtraktionselementen aufweisen für die Berechnung der minimalen Anzahl von Anschlagstellungen zwischen der Ausgangs- und der gewünschten Stellung.

30. Schrittschaltmotor nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahlelemente eine Geschwindigkeits(bzw. Drehzahl)-Auswahllogik umfassen, die in Abhängigkeit zu den Subtraktionselementen stehen und einen Satz von vorprogrammierten Geschwindigkeitsprofilen, um die richtigen Eingabesignale für den variablen Clockgenerator vorzusehen.

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31. Schrittschaltmotor mit Steuerung, gekennzeichnet durch einen Stator, einen Rotor und Statorwicklungen, um den Rotor durch eine Mehrzahl von Anschlagstellungen zu treiben, durch Speicher zur Beaufschlagung der Wicklungen mit Stromverlaufsmustern und zur Erzeugung eines Drehfeldes zum Versatz des Rotors aus dem Stillstand in einer ersten Stellung bis zum Stillstand in einer zweiten Stellung bei konstanter Geschwindigkeit und mit gleichförmiger Feldstärke zwischen Beschleunigungs- und Verzögerungsperioden, wobei die Speicher Stromverlaufsmuster speichern, um die Wicklungen mit Strom während der Beschleunigungsperiode zu beaufschlagen und um den Rotor und das Drehfeld in Synchronisation auf korrespondierende Geschwindigkeiten zu bringen und ferner um Strom auf die Wicklungen während der Verzögerungsperiode zu bringen, um den Rotor und das Drehfeld gleichzeitig in der zweiten Stellung zum Stillstand zu bringen und ferner durch Auswahlelemente für die Auswahl von Stromverlaufsmustern für den Antrieb des Rotors, wobei die Stromverlauf smuster ausgeformt sind wie in Anspruch 20 beansprucht.

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32. Schrittschaltmotor mit Steuerung, gekennzeichnet durch einen Stator, einen Rotor und Statorwicklungen, um den Rotor durch eine Mehrzahl von Anschlagstellungen zu treiben, durch Speicher zur Beaufschlagung der Wicklungen mit Stromverlaufsmustern und zur Erzeugung eines Drehfeldes zum Versatz des Rotors aus dem Stillstand in einer ersten Stellung bis zum Stillstand in einer zweiten Stellung bei konstanter Geschwindigkeit und mit gleichförmiger Feldstärke zwischen Beschleunigungsund Verzögerungsperioden, wobei die Speicher Stromverlaufsmuster speichern, um die Wicklungen mit Strom während der Beschleunigungsperiode zu beaufschlagen und um den Rotor und das Drehfeld in Synchronisation auf korrespondierende Geschwindigkeiten zu bringen und ferner um Strom auf die Wicklungen während der Verzögerungsperiode zu bringen, um den Rotor und das Drehfeld gleichzeitig in der zveLten Stellung zum Stillstand zu bringen und ferner durch Auswahlelemente für die Auswahl von Stromverlaufsmustern für den Antrieb des Rotors, wobei die Stromverlaufsmuster ausgeformt sind wie in Anspruch 22 beansprucht.

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33. Verfahren zum Betreiben eines Schrittschaltmotors, gekennzeichnet durch Antrieb des Motorrotors vom Stillstand aus einer ersten Stellung zum Stillstand aus einer zweiten Stellung, wobei der Rotor mindestens zwischen Beschleunigungsund Verzögerungsperioden angetrieben wird mit einer Drehzahl von konstanter Maximalgeschwindigkeit und dahingehend, daß Anti-Reibungskräfte auf den Rotor ausgeübt werden.

34. Verfahren nach Anspruch 33,
gekennzeichnet durch Beschleunigung des Rotors aus dem Stillstand in einer ersten Stellung mit η-Perioden von jeweils gleichförmiger Stärke und konstanter Winkelgeschwindigkeit des beweglichen Feldes, wobei η eine ganze Zahl und mindestens gleich 1 ist und ferner derart, daß die Rotorwinkelgeschwindigkeit gleich ist der gewünschten maximalen Laufgeschwindigkeit am Ende der nten-Periode, wobei der Rotor und das Feld die konstante Maximalgeschwindigkeit gleichzeitig und in Synchronisation annehmen können.

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35. Verfahren nach Anspruch 33» gekennzeichnet durch Verzögerung des Rotors aus einer konstanten Maximalgeschwindigkeit zum Stillstand in einer zweiten Stellung mit η-Perioden von jeweils gleicher Stärke und konstanter Winkelgeschwindigkeit des beweglichen Feldes, worin η eine ganze Zahl und mindestens gleich 1 ist und ferner derart, daß die Rotorwinkelgeschwindigkeit am Ende der nten-Periode gleich null wird, wobei der Rotor und das Feld in der zweiten Stellung gleichzeitig zum Stillstand kommen, um Schwingungen zu vermeiden.

36. Verfahren nach Anspruch 34, gekennzeichnet durch Verzögerung des Rotors aus der konstanten Maximalgeschwindigkeit zum Stillstand in der zweiten Stellung mit η-Perioden von jeweils konstanten Größen und konstanter Winkelgeschwindigkeit der Feldkraft, worin η eine ganze Zahl und mindestens gleich 1 ist und derart, daß die Rotorwinkelgeschwindigkeit in der Mitte der jeweiligen Periode gleich der Feldwinkelgeschwindigkeit wird, wobei Rotor und Feld in der zweiten Stellung gleichzeitig zum Stillstand kommen, um Schwingungen zu vermeiden.

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37. Verfahren nach Anspruch 33, gekennzeichnet durch Erzeugung eines Drehfeldes durch die kombinierte Wirkung der Vielzahl von Wicklungen passierenden Ströme und' durch Einstellung der Ströme zur Kompensation der magnetischen Charakteristik des Motors.

38. Verfahren nach Anspruch 34, gekennzeichnet durch Erzeugung eines Drehfeldes durch die kombinierte Wirkung der die Vielzahl von Wicklungen passierenden Ströme und durch Einstellung der Ströme zur Kompensation der magnetischen Charakteristik des Motors.

39. Verfahren nach Anspruch 35» gekennzeichnet durch

Erzeugung eines Drehfeldes durch die kombinierte Wirkung der die Vielzahl von Wicklungen passierenden Ströme und durch Einstellung der Ströme zur Kompensation der magnetischen Charakteristik des Motors.

40. Verfahren nach Anspruch 36, gekennzeichnet durch

Erzeugung eines Drehfeldes durch die kombinierte Wirkung der die Vielzahl von Wicklungen passierenden Ströme und

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durch Einstellung der Ströme zur Kompensation der magnetischen Charakteristik des Motors.

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