DE3230290A1

DE3230290A1 - Vorrichtung zum ansteuern eines schrittschaltmotors

Info

Publication number: DE3230290A1
Application number: DE19823230290
Authority: DE
Inventors: Shuichi Bunkyo Kamiyama; Yoji Hitachi Ibaragi Okada
Original assignee: Mikuni Corp
Current assignee: Mikuni Corp
Priority date: 1982-02-08
Filing date: 1982-08-14
Publication date: 1983-08-25
Also published as: CA1194922A; JPS58136297A; FR2521367A1; US4490663A; GB2114830A

Description

MIKUNI KOGYO KABUSHIKI KAISHA, Tokio, Japan Vorrichtung zum Ansteuern eines Schrittschaltmotors

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Schrittschaltmotors, welche geeignet ist, den Motor mit einem hohen Wirkungsgrad durch Verbessern der Anstiegsflankenkennlinie der zum Motor gelieferten Eingangsimpulse anzusteuern.

Es ist bekannt, daß der Schrittschaltmotor, welcher zu den Pulsmotoren gehört, im allgemeinen ein Motor ist, in welchem mehrere Phasenwicklungen mit Eingangsimpulsen angeregt oder erregt werden, die einzeln umgeschaltet den Rotor winkelentsprechend zu der Anzahl von Eingangsimpulsen in Rotation versetzen. Ein derartiger Motor wird allgemein für elektrisch gesteuerte mechanische Drehungen und Maschinenvorgänge eingesetzt, seitdem es leicht ist, den Schrittschaltmotor anzusteuern und die Konstruktion einfach und den Preis niedrig zu halten.

Es gibt Schrittschaltmotoren, die als Dreiphasen-, Vierphasen- und Fünfphasenschrittschaltmotoren ausgebildet sind. Im Ansteuerschaltkreis des Schrittschaltmotors benutzt man sowohl Anordnungen mit Einphasenanregung und Ein/Zweiphasenanregung als auch Mikroschritt-? antriebe für Präzisionssteuerungen. Ferner wird die Antrieb skennlinie des Schrittschaltmotors durch die Ansteuerkennlinie der Eingangsimpulse bestimmt und wie schon oben beschrieben, werden die fortlaufend zugeführten Impulse einzeln mit einer bestimmten Phasendifferenz umgeschaltet, um so die Antriebsleistung zu erhalten. Wenn die Eingangsimpulse umgeschaltet und so an die jeweilige Phasenwicklung verteilt werden, werden die Anstiegsflanken der Impulse wegen eines nacheilenden Stromes infolge der Motorphasen-Wicklungsimpedanz nicht so

schnell ansteigen, woraus ein Schwellwert der Rotationsdrehzahl und eine instabile Rotationsdrehzahl resultieren.

Ein Beispiel einer bekannten Schrittschaltmotoransteuervorrichtung wird in Fig. 1 gezeigt und deren Arbeitsweise wird an Hand von Fig. 2 beschrieben.

In Fig. 1 entspricht das Bezugszeichen PM dem Phasenansteuerbereich eines nicht dargestellten Schrittschaltmotors. Der Phasenansteuerbereich enthält vier Phasenwicklungen A, B, C und D, wobei die einen Endanschlüsse der jeweiligen Spulen zusammen über einen Widerstand R^ an dem Stromversorgungsanschluß P-* angeschlossen werden. Der Anschluß P^ ist mit .einer nicht gezeigten Stromversorgungsquelle, welche eine Versorgungsspannung V^ _ liefert, verbunden. Die anderen Endanschlüs-

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se der jeweiligen Wicklungen A, B, C und D werden über die Kollektor-Emitterstrecken der zugehörigen Transistore*¹ TR-|» TRp, TR^ und TR^ mit Masse verbunden. Das bedeutet, der Transistor TR₁ wird an die Phasenwicklung A, der Transistor TRp an die Phasenwicklung B, der Transistor TR^ an die Phasenwicklung C und der Transistor TRa an die Phasenwicklung D angeschlossen. Die Basiselektroden eines jeden Transistors TR^ bis TR^ werden über die zugehörigen Widerstände Rp mit dem Ausgangsanschluß einer Puls-Steuer-Verteiler-Schaltung (CPD) verbunden. Die Pulsverteilerschaltung CPD besitzt einen Anschlußpunkt P^ für Ansteuerimpulse und einen AUF/AB-Signalanschluß P₂ und liefert Steuersignale CP₁, CP₂, CP^ und CP^, welche die EIN/AUS-Zustände der Transistoren TR₁, TR₂, TR, und TR^ in regelmäßiger Weise steuern. In einem solchen bekannten Schrittschaltmotor beträgt die Versorgungsspannung V-_ 10 bis 20 V, und der Widerstand R^ besitzt einen

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Wert von 5 bis 1OD.

Wenn die Versorgungsspannung V__ am Anschluß P, an-

CC 2 ~

geschlossen wird und der Puls-Steuer-Verteilerschaltkreis Steuerimpulse CP₁ bis CP^ zu den Schalttransistoren fR^ bis TRa liefert, werden entsprechend in regelmäßiger Weise Phasenströme i., ig, ±„ und i^, wie in Fig. 2 gezeigt, in den Phasenspulen A bis D fließen, die die magnetischen Flüsse 0., 0_β, 0_C oder 0^ erzeugen, wodurch der Schrittschaltmotor angetrieben wird. Fig. 2 ist zu entnehmen, daß der Phasenstrom i. bis i^ entsprechend einer Kurve mit allmählichem Anstieg ansteigt und einen stationären Zustand erreicht. Die Zeit zum Erreichen eines solchen Zustandes beträgt ungeführ 0,5 bis 1 ms. In diesem Fall beträgt die Spannung als Stoßspannung 10 bis 20 V an einer Anstiegsflanke des Augenblickstroms und 100 bis 120 ν an einer Rückflanke des Augenblickstroms. Um solch eine Spannungskennlinie in einem bekannten Schaltkreis der genannten Art zu verbessern, ist es deshalb notwendig, die Speisespannung V - auf einen

CC

gleichen oder größeren Wert als 100 V zu bringen und den Wert des Widerstandes R₁ auf gleich oder mehr als 20Q zu ändern, wobei der Widerstand R₁ mit einem solch hohen Widerstandswert eine hohe Leistung verbraucht, und daher kann die Schaltung praktisch nicht verwendet werden. Wird der Schrittschaltmotor durch eine in einem Fahrzeug mitgeführte Batterie gespeist, kann die Ansteuervorrichtung besonders mit solch einem Widerstand nicht nutzbar sein. Soll der Motor weiter mit einer höheren Ansteuerfrequenz betrieben werden, kann der Fall eintreten, daß der Stromimpuls, z.B. i„, wegen der Impedanz der Phasenwicklung B seinen Höchstwert noch nicht erreicht hat, wenn schon auf die nächste Phasenwicklung umgeschaltet wird, womit das Drehmoment abfällt.

Um den Schrittschaltmotor besser antreiben zu können, ist es deshalb notwendig, die Abstiegsflankenkennlinie zu verbessern.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die oben angeführten Nachteile einer bekannten Schrittschaltmotor-Ansteuervorrichtung zu überwinden.

Es soll ferner für die Ansteuervorrichtung eines Schrittschaltmotors die Anstiegsflankenkennlinie der Eingangsimpulse verbessert werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Strombegrenzungsvorrichtung zwischen die Verbindungseinrichtung und die damit verbundenen Phasenwicklungen geschaltet ist.

Vorteilhafterweise besteht die Strombegrenzungsvorrichtung aus einer Drosselspule. Die Schaltvorrichtung besteht zweckmäßigerweise aus mehreren Transistoren. Ebenso ist in zweckmäßiger Weise von mehreren veränderbaren Widerständen jeweils einer zwischen einen der Transistoren und einen Massepunkt geschaltet. Die Phasenwicklungen werden um einen Statorkern, welcher aus Ferritmaterial geformt wird, gewickelt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

F I G . 1 ein Schaltbild eines Aufbaus einer bekannten Schrittschaltmotor-Ansteuervorrichtung,

F I G . 2 den Verlauf von Kurven in einem Diagramm, das die Wirkungsweise der in Fig. 1 gezeigten Ansteuervorrichtung erklärt,

F I G . 3 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Ansteuern eines Schrittschaltmotors gemäß der vorliegenden Erfindung,

F I G . 4 den Verlauf von Kurven in einem Diagramm, das die Wirkungsweise der in Fig. 3 gezeigten Ansteuervorrichtung erklärt,

FIG. 5a ein Oszillografenbild als experimentelles Ergebnis der Stromkennlinie einer bekannten Ansteuervorrichtung, und

FIG. 5b ein Oszillografenbild als experimentelles Ergebnis der Stromkennlinie der vorliegenden Ansteuervorrichtung.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Ansteuern eines Schrittschaltmotors dargestellt.

Wie in Fig. 3 gezeigt, enthält die Ansteuervorrichtung eine zwischen dem Widerstand R^ und einem gemeinsamen Anschlußpunkt der Phasenwicklungen A, B, C und D angeschlossene Strombegrenzungsvorrichtung. Die Strombegrenzungsvorrichtung ist eine Drosselspule, In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden mehrere veränderbare Widerstände R^ zwischen je eine Emitterelektrode und einen Massepunkt geschaltet. Die anderen konstruktiven Merkmale der Steuervorrichtung sind die gleichen wie die in der Fig. 1 gezeigten, so daß deren Erläuterung hier weggelassen ist.

Die Drosselspule hat eine Kennlinie zum Verhindern von abrupten Stromänderungen und bewirkt einen konstanten Stromfluß, so daß die Summe der durch die Phasenwicklungen A, B, C und D fließenden Ströme immer konstant ist.

Fig. 4 zeigt den Verlauf von Kurven in einem Diagramm, das die zu der Ansteuervorrichtung gelieferten Eingangsimpulse darstellt, d.h., die Ströme i', i», i'

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und IX fließen durch die Phasenwicklungen A, B, C und D der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Nach Fig. 4 ist zu sehen, daß die Eingangsströme i' bis i',

die durch die Phasenwicklungen A, B, C und D der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung fließen. Nach Fig. 4 ist zu sehen, daß die Eingangsströme i! bis 11, die gemäß der Verteilung der Steuerimpulse CP^, CPp, CPv und CP^ erzeugt werden, eine steilere Anstiegsflanke haben. Mit der steileren Anstiegsflanke des Eingangsimpulses wird an der Anstiegsflanke des Momentanstromeingangsimpulses i! der ansteigende Impuls der Spannung vj. 100 bis 120 V, und an der Rückflanke des Momentanstromeingangsimpulses i' wird der fallende Impuls der Apannung vi 130 bis 150 V. Darin liegt die Verbesserung des Verlaufs der Impulsform.

Im folgenden wird auf die Eingangsimpuls-Umschaltung von der Phasenwicklung A auf die Phasenwicklung B eingegangen. In der bekannten Steuervorrichtung nach Fig. 2 hat der Stromimpuls i_B eine Kennlinie, daß der Strom schrittweise von Null auf einen stetigen Wert ansteigt. Dies resultiert aus einer Impedanz der Phasenwicklung B, die dadurch das Drehmoment des Schrittschaltmotors beeinflußt. Im Fall des Ansteuerns des Motors mit Hochfrequenzimpulsen tritt dieses Phänomen deshalb besonders hervor, und die Eingangsimpulse werden auf die nächste Phasenwicklung geschaltet, bevor die Eingangsimpulse den stetigen Wert erreicht haben, woraus ein Drehmomentab- · fall resultiert und es unmöglich ist, einen Antrieb mit hoher Drehzahl durchzuführen. Mit der vorliegenden Erfindung kann dieser Nachteil mit der Anstiegskennlinie mit augenblicklich ansteigender Vorderflanke überwunden werden. Es wurde über experimentelle Ergebnisse ermittelt, daß die maximale Umdrehungszahl des Motors das 1,5 bis 2fache eines bekannten Motors beträgt.

Ferner kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Amplitude oder Größe der an die Phasenwicklungen geführten, ansteigenden Impulsspannungen auf jeden Wert eingestellt werden.

Fig. 5a stellt in einem Oszillografenbild als experimentelles Ergebnis die Stromkennlinie einer bekanntem Vorrichtung dar, und Fig. 5"b stellt in einem Oszillografenbild als experimentelles Ergebnis die Stromkennlinie der hier beschriebenen ^steuerungsvorrichtung dar.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Kerne C., C_ß, C_c und C_ß der Phasenwicklungen A bis D vorzugsweise aus solch einem für Hochfrequenzanwendungen geeigneten magnetischen Material hergestellt, daß die Anstiegsflankenkennlinie der Eingangsimpulse so verbessert werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dort eine einfache Vorrichtung zum Ansteuern eines Schrittschaltmotors vorgestellt, die durch Einfügen nur einer Strombegrenzungsvorrichtung zwischen die Phasenwicklungen und der Stromversorgungsquelle verwirklicht wird.

Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf das vorliegende Ausführungsbeispiel.

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Claims

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Parkstraße 13
60C0 Frankfurt a. M. 1

MIKUMI KOGYO KABUSHIKI KAISHA, Tokio, Japan

Patentansprüche

·) Vorrichtung zum Ansteuern eines Schrittschaltmotors, die mehrere Phasenwicklungen, eine an die Phasenwicklungen angeschlossene Schaltvorrichtung, eine an die Schaltvorrichtung angeschlossene Impulsverteilerschaltung zum Erzeugen von Steuersignalen, die die EIN- oder AUS-Zu- ^⁰ stände der Schaltvorrichtung steuern, und eine Verbindungseinrichtung zum Verbinden der Phasenwicklungen mit einer Stromversorgungsquelle, aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strombegrenzungsvorrichtung (Lc) zwischen die

-* Verbindungseinrichtung (ILj) und die damit verbundenen Phasenwicklungen geschaltet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, . dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrenzungsvorrichtung (Lc) eine Drosselspule ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (TR.. bis TR^) mehrere Transi- stören enthält.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

^ daß von mehreren veränderbaren Widerständen (R,) jeweils einer zwischen einen der Transistoren ( TR₁ bis TR») und Masse geschaltet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Statorkerne, auf die die Phasenwicklungen aufgewickelt sind, aus Ferrit bestehen.