DE3523806A1 - Method for driving a 5-phase stepping motor - Google Patents
Method for driving a 5-phase stepping motorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antreiben eines 5-Phasen-Schrittmotors.The invention relates to a method for driving a 5-phase stepper motor.
Zum Antreiben von 5-Phasen-Schrittmotoren sind Stan dardverfahren vorgeschlagen und angewendet, wie das Fünfeck verfahren und das Sternverfahren. Jedoch ist bei Anwendung des Fünfeckverfahrens und des Sternverfahrens ein Halbschritt antrieb mit 4-5-Phasen-Erregung schwierig durchzuführen, und daher werden diese Standardantriebsverfahren hauptsächlich für den Halbschrittantrieb angewendet.Stan are for driving 5-phase stepper motors Standard procedure proposed and applied, such as the pentagon process and the star process. However, in use the pentagonal process and the star process a half step drive with 4-5-phase excitation difficult to perform, and therefore, these standard drive methods are mainly applied for the half-step drive.
Fig. 1 ist ein Stromkreisdiagramm für ein bekanntes Standardantriebsverfahren. Fig. 1 is a circuit diagram of a known standard drive method.
In der Zeichnung sind mit den Bezugszeichen 1 bis 5 die Phasen A bis E bezeichnet, und jede Phase besteht aus einer Spule, die um einen Statorpol des 5-Phasen-Schrittmo tors gewickelt ist. Jede Phase wird durch Transistoren 6 a bis 6 d betätigt derart, daß sie mit Bezug auf die anderen Phasen in Phase oder in Gegenphase ist. Mit dem Bezugszeichen 7 ist eine Energiequelle bezeichnet, um jeder Phase Feldstrom zu zuführen.In the drawing, reference numerals 1 to 5 denote phases A to E , and each phase consists of a coil which is wound around a stator pole of the 5-phase stepper motor. Each phase is actuated by transistors 6 a to 6 d in such a way that it is in phase or in opposite phase with respect to the other phases. Reference number 7 denotes an energy source in order to supply field current to each phase.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, werden bei dem Antriebsverfahren unter Verwendung einer solchen Schaltung vier Transistoren für jede Phase verwendet und demgemäß sind insgesamt zwanzig Transistoren erforderlich, um einen Aus gangsschritt zusammenzusetzen, wodurch sich verschiedene Nachteile ergeben, insbesondere vergrößerte Wärmeerzeugung beim Ausgangsschritt, größere Größe des Schrittes und ein komplizierter Steuerstromkreis zum Steuern des Schritts.As can be seen from the drawing, the Drive method using such a circuit four transistors are used for each phase and are accordingly a total of twenty transistors required to turn off put together step, whereby different Disadvantages arise, especially increased heat generation at the exit step, larger size of the step and a complicated control circuit for controlling the step.
Weiterhin muß, wegen des Umstandes, daß alle Phasen parallel erregt werden, die Energiequelle das vier- bis fünf fache des Nennstroms (der Strom, der jeder Phase geliefert werden kann) des Motors liefern entsprechend einer 4-5-Phasen- Erregung. Demgemäß besteht bei dem bekannten Antriebsverfah ren der Nachteil, daß eine Energiequelle großer Stromkapazität erforderlich ist.Furthermore, due to the fact that all phases be excited in parallel, the energy source the four to five times the nominal current (the current supplied to each phase of the motor can be delivered according to a 4-5 phase Excitement. Accordingly, in the known drive method ren the disadvantage that an energy source of large current capacity is required.
Es ist somit ein Zweck der vorliegenden Erfindung, die bekannten Verfahren zu verbessern. Insbesondere ist es ein Zweck der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum An treiben eines 5-Phasen-Schrittmotors derart auszuführen, daß 4-5-Phasenerregung mit einer verhältnismäßig kleinen Anzahl von Transistoren und unter Verwendung einer Energiequelle ermöglicht ist, die eine relativ kleine Stromkapazität hat.It is therefore a purpose of the present invention to improve the known methods. In particular it is a purpose of the present invention, a method for drive a 5-phase stepper motor so that 4-5 phase excitation with a relatively small number of transistors and using an energy source is enabled, which has a relatively small current capacity.
Im wesentlichen ist ein Verfahren zum Antreiben eines 5-Phasen-Schrittmotors gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende jeder der Spulen einer Gruppe von Phasen A, C und E unter den Spulen der Phasen A, B, C, D und E, die in dem 5-Phasen-Schrittmotor angeordnet sind, mit einem Ende jeder der Spulen einer anderen Gruppe von Phasen B und D verbunden wird, so daß die zuerst genannte Gruppe sich zur letzteren Gruppe in Gegenphase befindet, wobei zwei oder drei der fünf Phasen in zweckentsprechender Weise für paralle le Erregung ausgewählt werden, und wobei die beiden anderen zwei oder drei Phasen parallel erregt werden derart, daß sie mit den zuerst genannten zwei oder drei parallel erregten Phasen in Reihe geschaltet sind, wodurch der 5-Phasen-Schritt motor angetrieben wird durch aufeinanderfolgendes Ändern der Richtung eines resultierenden Vektors.Essentially, a method of driving a 5-phase stepper motor according to the invention is characterized in that one end of each of the coils of a group of phases A, C and E is among the coils of phases A, B, C, D and E which are arranged in the 5-phase stepper motor, connected to one end of each of the coils of a different group of phases B and D , so that the former group is in opposite phase to the latter group, with two or three of the five phases in a more appropriate manner Be selected for parallel excitation, and wherein the other two or three phases are excited in parallel so that they are connected in series with the former two or three phases excited in parallel, whereby the 5-phase step motor is driven by successively changing the direction of a resulting vector.
Da ein Verfahren zum Antreiben eines 5-Phasen-Schritt motors gemäß der Erfindung angewendet wird zum Steuern über die Erregung derart, daß alle Phasen abwechselnd in Reihe und parallel miteinander geschaltet sind, kann die Anzahl der Betätigungstransistoren im Ausgangsschritt auf Zehn verringert werden. Daher ist gemäß der Erfindung die Anwendung von 4-5- Phasen-Erregung bei einem 5-Phasen-Schrittmotor möglich gemacht durch Transistoren, deren Anzahl nur halb so groß wie bei den bekannten Verfahren oder Schaltungen ist.As a method of driving a 5-phase step motors according to the invention is used to control over the excitation such that all phases alternate in series and are connected in parallel with each other, the number of Actuating transistors reduced to ten in the output step will. Therefore, according to the invention, the use of 4-5- Phase excitation made possible with a 5-phase stepper motor through transistors, the number of which is only half as large as in the known methods or circuits.
Die Erfindung verwendet weiterhin Erregung in Reihe und sie ermöglicht es daher, daß der Energiequellenstrom gegenüber dem Nennstrom lediglich um das Zwei- bis Zweiein halbfache erhöht zu werden braucht. Demgemäß ermöglicht die Erfindung die Verwendung einer Energiequelle, deren Strom kapazität kleiner als diejenige der Energiequelle ist, die bei den bekannten Verfahren verwendet werden muß.The invention also uses excitation in series and it therefore enables the power source current compared to the nominal current only by two to two needs to be increased by half. Accordingly, the Invention the use of an energy source whose electricity capacity is smaller than that of the energy source, the must be used in the known methods.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.The invention is described below with reference to the drawing for example explained.
Fig. 1 ist ein Stromkreisdiagramm, anhand von welchem ein Antriebsverfahren gemäß dem Stand der Technik er läutert ist; Fig. 1 is a circuit diagram based on which he explains a drive method according to the prior art;
Fig. 2 ist ein Stromkreisdiagramm, welches die Ausführung einer Antriebsvorrichtung zeigt unter Anwendung einer Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung zum Antreiben eines 5-Phasen-Schrittmotors; Fig. 2 is a circuit diagram showing the embodiment of a drive device is using an embodiment of a method according to the invention for driving a 5-phase stepping motor;
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht der Ausführung eines 5-Phasen-Schrittmotors, bei welcher eine Ausführungs form des Verfahrens gemäß der Erfindung angewendet wird; Fig. 3 is a schematic view of the implementation of a 5-phase stepping motor, in which an embodiment of the method according to the invention is applied;
Fig. 4 ist ein Diagramm, welches Stromwellenformen und die Richtungen von Erregungen zeigt, die allen Phasen erteilt werden sollen; Fig. 4 is a diagram showing current waveforms and the directions of excitations to be given to all phases;
Fig. 5a bis 5h sind Diagramme, welche die Drehmomentvektoren zeigen, die in allen Phasen erzeugt sind,; FIG. 5a to 5h are graphs showing the torque vectors which are generated at all stages ,;
Fig. 6 ist ein Diagramm, in welchem die geometrischen Orte dargestellt sind, die durch die resultierenden Dreh momentvektoren hervorgerufen werden. Fig. 6 is a diagram showing the geometric locations caused by the resulting torque vectors.
Fig. 2 ist ein Stromkreisdiagramm einer Ausführung einer Antriebsvorrichtung, mit welcher eine Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der Erfindung zum Antreiben eines 5-Phasen-Schrittmotors gemäß der Erfindung verwendet wird. FIG. 2 is a circuit diagram of an embodiment of a drive device with which an embodiment of a method according to the invention is used to drive a 5-phase stepper motor according to the invention.
In Fig. 2 und in Fig. 1 sind für gleiche Teile glei che Bezugszeichen verwendet. Gemäß Fig. 2 ist ein Ende jeder Spule einer Gruppe von Spulen 1, 3 und 5 von Phasen A, C und E mit einem Ende jeder Spule einer Gruppe von Spulen 2 und 4 von Phasen B und D verbunden, so daß die beiden Gruppen zu einander in Gegenphase sind.In Fig. 2 and in Fig. 1, like reference numerals are used for the same parts. According to FIG. 2, one end of each coil is a group of coils 1, 3 and 5 of phase A, C and E of a group of coils 2 and 4 of phase B and D connected with one end of each coil so that the two groups are in opposite phase to each other.
Die Bezugszeichen 11 bis 20 stellen die Transistoren dar, von denen jeder dazu dient, jede Phase zu erregen. Jeder der Emitter der Tansistoren 11, 13, 15, 17 und 19 ist mit jedem der Kollektoren der Transistoren 12, 14, 16, 18 bzw. 20 verbunden. Jedes Paar von Transistoren 11 und 12, 13 und 14, 15 und 16, 17 und 18 und 19 und 20 ist mit Bezug auf die Energiequelle 7 in Reihe geschaltet. Das andere Ende jeder der Spulen der Phasen A bis E ist an eine Verbindungsstelle jedes der Transistorenpaare 11 und 12, 13 und 14, 15 und 16, 17 und 18 und 19 und 20 angeschlossen.Reference numerals 11 to 20 represent the transistors, each of which serves to excite each phase. Each of the emitters of the transistors 11 , 13 , 15 , 17 and 19 is connected to each of the collectors of the transistors 12 , 14 , 16 , 18 and 20 , respectively. Each pair of transistors 11 and 12, 13 and 14, 15 and 16, 17 and 18 and 19 and 20 is connected in series with respect to the energy source 7 . The other end of each of the coils of phases A to E is connected to a junction of each of the pairs of transistors 11 and 12, 13 and 14, 15 and 16, 17 and 18 and 19 and 20 .
Nachstehend wird das Verfahren zum Antreiben mittels der soweit beschriebenen Ausführungsform der Erfindung be schrieben anhand der Betriebsweise der soweit beschriebenen Vorrichtung.The following is the method for driving the embodiment of the invention described so far be wrote based on the operation of the so far described Contraption.
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht der Ausführung eines 5-Phasen-Schrittmotors, bei welchem eine Ausführungs form der Erfindung angewendet wird. Fig. 3 is a schematic view of the execution of a 5-phase stepping motor, in which an embodiment of the invention is applied.
Der Rotor 21 ist mit fünfzig Zähnen versehen. Der Stator 22 weist zehn Pole auf, und ein Satz von Zähnen an einem Pol ist derart angeordnet, daß er von den Zähnen des benachbarten Poles um eine Strecke versetzt oder verschoben ist, die gleich ein Zehntel der Zahnteilung des Rotors 21 ist. Spulen sind auf die Pole derart gewickelt, daß zwei gegenüberliegende Pole gleiche Polarität N oder S haben, wodurch fünf Phasenpaare A bis E gebildet und miteinander verbunden sind, die aus Spulen 1 bis 5 bestehen, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.The rotor 21 is provided with fifty teeth. The stator 22 has ten poles, and a set of teeth on one pole is arranged to be offset or shifted from the teeth of the adjacent pole by a distance equal to one-tenth the tooth pitch of the rotor 21 . Coils are wound on the poles such that two opposite poles have the same polarity N or S , whereby five phase pairs A to E are formed and connected to one another, which consist of coils 1 to 5 , as shown in Fig. 2.
Fig. 4 ist ein Diagramm, in welchem Stromwellen formen und Erregungsrichtungen dargestellt sind, die allen Phasen erteilt werden sollen. Die Erregungsrichtungen sind derart angenommen, daß mit Bezug auf die Spulen 1, 3 und 5 der Phasen A, C bzw. E der Strom, der beispielsweise von A nach fließt, als (+) Strom und der Strom, der von nach A fliegt, als (-) Strom angegeben ist, wobei mit Bezug auf die Spulen 2 und 4 der Phasen B und D, die sich zu den ersten drei Phasen in Gegenphase befinden, der Strom, der beispiels weise von nach B fließt, als (+) Strom und der Strom, der von B nach fließt, als (-) Strom angegeben ist. Fig. 4 is a diagram in which current waves shapes and directions of arousal are shown to all Phases should be granted. The directions of arousal are assumed such that with respect to the coils1,3rd and5 of phasesA, C respectively.E the current, for example, fromA to flows as (+) current and the current flowing from toA flies as (-) current is given, with reference to the Do the washing up2nd and4th of phasesB andDwho are among the first three phases are in opposite phase, the current, for example wise of toB flows as (+) current and the current that fromB to flows when (-) current is specified.
Die Bezugszeichen 0 bis 19 in Fig. 4 zeigen die Zu stände (Schritte) aufeinanderfolgender Erregung von Phasen.The reference numerals 0 to 19 in Fig. 4 show the states (steps) of successive excitation of phases.
Beispielsweise sind beim Schritt Null die Transisto ren 11, 14, 15, 18 und 19 leitend, während die übrigen Transi storen nichtleitend sind. Von der Energiequelle 7 zugeführter Strom wird an die Spulen 1, 3 und 5 der Phasen A, C bzw. E geliefert, und zwar über die Transistoren 11, 15 bzw. 19, und weiterhin wird Strom von der Quelle 7 an die Spulen 2 und 4 der Phasen B und geliefert. Daher ist die Gruppe von Spulen 1, 3 und 5 der Phasen A, C bzw. E parallel in (+) Richtung erregt, während die andere Gruppe von Spulen 2 und 4 der Phasen B und D parallel in (-) Richtung erregt ist, wobei beide Grup pen in Reihe miteinander geschaltet sind. Unter der Annahme, daß der Nennstrom des Motors I ist, kann die Energiequelle 7 den erwünschten Anforderungen entsprechen durch Liefern eines Erregungsstromes von 2 I. Wie durch die Stromwellenformen am Schritt Null in Fig. 4 dargestellt, wird ein Strom von 2 I/ 3 ((+) Richtung) an jede der Spulen 1, 3 und 5 der Phasen A, C bzw. E geliefert, während ein Strom I ((-) Richtung) an jede der Spulen 2 und 4 der Phasen B und D geliefert wird.For example, at step zero, the transisto ren11,14,15,18th and19th conductive, while the remaining transi are not conductive. From the energy source7 supplied Electricity is going to the coils1,3rd and5 of phasesA, C respectively.E delivered, namely via the transistors11,15 respectively.19th, and continues to be electricity from the source7 to the coils2nd and4th of phasesB and delivered. Hence the group of coils 1,3rd and5 of phasesA, C respectively.E parallel in (+) direction excited while the other group of coils2nd and4th of phases B andD is excited in parallel in the (-) direction, both groups pen are connected in series with each other. Under the assumption, that the rated current of the motorI. is the energy source7 meet the desired requirements by supplying one Excitation current of 2I.. Like through the current waveforms at step zero inFig. 4, a current of 2ndI / 3 ((+) direction) to each of the coils1,3rd and5 the PhasesA, C respectively.E delivered while a streamI. ((-) Direction) to each of the coils2nd and4th of phasesB andD is delivered.
Die Fig. 5a bis 5h stellen Vektordiagramme des Dreh momentes dar, welches in allen Phasen bei den oben genannten Schritten erzeugt wird. In diesen Figuren zeigen die Vektoren ↑ und © das Drehmoment in jeder Phase bzw. das resultierende Drehmoment an. Das Drehmoment in jeder Phase des 5-Phasen- Schrittmotors ist dargestellt durch einen Vektor mit Rich tungsänderung um einen elektrischen Winkel R e von 36°. Dieser elektrische Winkel R e wird in einen mechanischen Winkel R m wie folgt umgewandelt: FIGS. 5a to 5h represent vector diagrams represents the rotation torque generated at all stages in the above steps. In these figures, the vectors ↑ and © indicate the torque in each phase and the resulting torque, respectively. The torque in each stage of the 5-phase stepping motor is represented by a vector with Rich direction changes by an electrical angle of 36 ° R e. This electrical angle R e is converted into a mechanical angle R m as follows:
R m = Teilungswinkel der Zähne des Rotors/10
= 7,2/10 = 0,72°. R m = pitch angle of the teeth of the rotor / 10
= 7.2 / 10 = 0.72 °.
Fig. 5a ist ein Diagramm, das einen Vektor beim Schritt 0 darstellt. Wenn jede Phase gemäß vorstehender Be schreibung erregt wird, wird der Motor in den Zustand einer 5-Phasen-Erregung gebracht, und der resultierende Drehmoment vektor erstreckt sich in der gleichen Richtung wie der Dreh momentvektor der Phase C. FIG. 5a is a diagram illustrating a vector at step 0th When each phase is energized as described above, the motor is brought into a 5-phase excitation state and the resulting torque vector extends in the same direction as the phase C torque vector.
Nunmehr wird der nachfolgende Schritt 1 beschrieben. Beim Schritt 1 wird der Transistor 11, der beim Schritt 0 leitend war, nichtleitend gemacht, und dadurch wird der Motor in den Zustand einer 4-Phasen-Erregung gebracht. Die Wellen formen gemäß Fig. 4 zeigen einen Strom I in den Spulen 3 und 5 der Phasen C und E in (+) Richtung und auch einen Strom I in den Spulen 2 und 4 der Phasen B und D in (-) Richtung. Zu diesem Zeitpunkt ist der resultierende Vektor so gerichtet, wie es in Fig. 5b dargestellt ist, d.h. in einer Richtung in die Mitte zwischen den Phasen C und D. Der Rotor dreht sich daher in Uhrzeigerrichtung um einen Winkel von 0,32°, was einem halben Schritt äquivalent ist.The following step 1 will now be described. At step 1 , transistor 11 , which was conductive at step 0 , is rendered non-conductive, and thereby the motor is brought into a 4-phase excitation state. The wave form in accordance with Figure 4 show a current I in the coils 3 and 5 of the phases C and E in (+) direction and also a current I in the coils 2 and 4 of the phases B and D in. (-) direction. At this time, the resulting vector is directed as shown in Fig. 5b, ie in a direction midway between phases C and D. The rotor therefore rotates clockwise through an angle of 0.32 °, which is equivalent to half a step.
Beim Schritt 2, wie er in Fig. 5c dargestellt ist, befindet sich der Motor im Zustand einer 5-Phasen-Erregung. In step 2 , as shown in FIG. 5c, the motor is in a 5-phase excitation state.
Die Wellenformen zeigen, daß ein Strom I in (+) Richtung an den Spulen 3 und 5 der Phasen C und E und ein Strom 2 I/ 3 in (+) Richtung an den Spulen 1, 2 und 4 der Phasen A, B bzw. D vorhanden ist. Der resultierende Drehmomentvektor erstreckt sich in der gleichen Richtung wie der Drehmomentvektor in der Phase D. Der Rotor dreht sich daher mit Bezug auf seine Stellung beim Schritt 0 um 0,72°.The waveforms show that a current I in (+) direction on coils 3 and 5 of phases C and E and a current 2 I / 3 in (+) direction on coils 1 , 2 and 4 of phases A, B and D is present. The resulting torque vector extends in the same direction as the torque vector in phase D. The rotor therefore rotates by 0.72 ° with respect to its position in step 0 .
Danach ändert sich die Richtung des resultierenden Drehmomentes aufeinanderfolgend gemäß den Fig. 5d bis 5h, wobei Strom jeder Phase zugeführt wird, wie es bei den Schrit ten 3 bis 19 dargestellt ist. Mit der Richtungsänderung des resultierenden Drehmomentes dreht sich der Rotor 21 und nach Beendigung einer Umdrehung des oben genannten Drehmomentvektors dreht sich der Rotor um 7,2°.Thereafter, the direction of the resulting torque changes successively as shown in FIGS . 5d to 5h, with current being supplied to each phase as shown in steps 3 to 19 . With the change in direction of the resulting torque, the rotor 21 rotates and after one revolution of the above-mentioned torque vector has ended, the rotor rotates by 7.2 °.
Fig. 6 ist ein Diagramm, in welchem die geometrischen Orte dargestellt sind, die von den resultierenden Drehmoment vektoren beschrieben werden. Wie aus dieser Figur ersichtlich, ist die Größe des resultierenden Drehmomentvektors zum Zeit punkt der 5-Phasen-Erregung kleiner als diejenige zum Zeitpunkt der 4-Phasen-Erregung. Jedoch ist ein Unterschied zwischen zwei Vektoren in einem solchen Ausmaß, wie es dargestellt ist, bei der praktischen Anwendung im wesentlichen ohne Bedeutung. Der Unterschied zwischen den Drehmomentvektoren kann beseitigt werden dadurch, daß die Stromlieferung zum Zeitpunkt der 5- Phasen-Erregung größer gemacht wird als die Stromlieferung zum Zeitpunkt der 4-Phasen-Erregung.Fig. 6 is a diagram in which the geometric Locations are shown by the resulting torque vectors are described. As can be seen from this figure is the size of the resulting torque vector at the time point of 5-phase excitation less than that at the time the 4-phase excitation. However, there is a difference between two Vectors to such an extent as shown the practical application essentially irrelevant. The difference between the torque vectors can be eliminated are that the electricity supply at the time of 5- Phase excitation is made greater than the electricity supply to the Time of 4-phase excitation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
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| DE19853523806 DE3523806A1 (en) | 1985-07-03 | 1985-07-03 | Method for driving a 5-phase stepping motor |
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