DE3533295A1

DE3533295A1 - 5-phasen schrittmotor

Info

Publication number: DE3533295A1
Application number: DE19853533295
Authority: DE
Inventors: Noboru Hirakata Osaka Setoya
Original assignee: Mycom KK
Current assignee: Mycom KK
Priority date: 1984-09-19
Filing date: 1985-09-18
Publication date: 1986-03-27
Also published as: JPS6176099A; US4607204A

Description

S 956 M (Gh/we)

5-Phasen Schrittmotor

Die Erfindung betrifft 5-Phasen Schrittmotore, die durch Antriebssignale in fünf Phasen argetrieben werden.

Bekannte Stromkreise oder Schaltungen zum Antreiben eines 5-Phasen Schrittmotors, wie sie heute verwendet werden, umfassen Standardantrieb, Fünfeckantrieb und Sternantrieb. Da es Schwierigkeiten gibt bei Halbschrittantrieb in Abhängigkeit von 4- oder 5-Phasen Erregung mittels des Fünfeckantriebes bzw. einer Fünfeckschaltung und des Sternantriebes bzw. der Sternschaltung, wird hierfür hauptsächlich die Standardschaltung verwendet.

Fig. 1 ist ein Stromkreisdiagramm einer Standardschaltung zum Antreiben eines üblichen 5-Phasen Schrittmotors.

In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen 1 bis 5 fünf Spulen von Phasen A bis E, und diese Spulen sind um Statorpole des 5-Phasen Schrittmotors gewickelt. Die Spulen 1 bis 5 der betreffenden Phasen werden derart angetrieben, daß einige in derselben Phase und andere in der entgegengesetzten Phase angetrieben werden. Eine Energiequelle 7 liefert Erregungsstrom an jede der Spulen aller Phasen.

Wie aus der Darstellung ersichtlich, ist ein solcher 5-Phasen Schrittmotor mit zehn Eingangsanschlüssen entsprechend den fünf Spulen versehen, wodurch komplizierte Verdrahtung und Handhabung erforderlich sind. In einer Schaltung zum Antreiben des 5-Phasen Schrittmotors werden vier Transistoren für Spulen betreffender Phasen verwendet, und daher müssen insgesamt zwanzig Transistoren zum Zusammensetzen der Ausgangsschritte vorgesehen sein. Als Ergebnis ergeben sich Probleme, wie beispielsweise erhöhte Wärmeerzeugung bei den Ausgangsschritten,

- ■ ■ ■■ •y - - -

größere Größe des AusgangsSchrittes und Komplexität der Steuerschaltung zum Steuern des AusgangsSchrittes.

Eine Ausführung, bei welcher Spulen 1 bis 5 betreffender Phase parallel erregt werden, macht es erforderlich, die Energiequelle 7 derart anzupassen, daß sie für den Motor entsprechend einer 4-5-Phasenerregung elektrischen Strom in einer Menge liefert, die vier- bis fünfmal so hoch wie die Nennstrommenge ist (Strom einer zulässigen Menge, die in die Spulen aller Phasen fließen soll). Demgemäß erfordert ein Schrittmotor einer solchen Ausführung, wie sie oben beschrieben ist, eine Quelle großer Stromführungskapazität.

Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen 5-Phasen Schrittmotor zu schaffen, bei welchem eine Vereinfachung der Verdrahtung und geringerer Verbrauch an elektrischem Strom ermöglicht sind.

Ein Gegenstand einer Erfindung ist ein 5-Phasen Schrittmotor, der einen Rotor aufweist, welcher von einem Elektromagnetfeld gedreht wird, welches in einem Spulen aufweisenden Stator erzeugt ist, und zwar Spulen 1 bis 5, die auf den Stator gewikkelt und durch Antriebssignale in fünf Phasen erregt werden, während sie einzeln auf jedes dieser Signale ansprechen. Ein solcher Motor ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die erste bis fünfte Spule auf den Stator derart gewickelt sind, daß eine Gruppe aus der ersten, der dritten und der fünften Spule, und eine andere Gruppe aus der zweiten und der vierten Spule in zueinander entgegengesetzter Phase vorhanden sind, und daß alle Spulen an einem Ende miteinander verbunden sind, so daß die anderen Enden als Eingangsanschluß dienen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist ein Stromkreisdiagramm einer Standardschaltung zum Antreiben eines üblichen 5-Phasen Schrittmotors;

Fig. 2 ist ein Stromkreisdiagramm einer Antriebsschaltung zum Antreiben eines 5-Phasen Schrittmotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht der Ausführung des oben genannten 5-Phasen Schrittmotors gemäß der Erfindung;

Fig, 4 ist ein Diagramm/ in welchem Wellenformen und Richtungen von Erregungen dargestellt sind, die in Spulen betreffender Phasen 1 bis 5 erzeugt werden sollen;

Fig. 5a bis 5g

sind Vektordiagramme, von denen jedes das Drehmoment zeigt, welches in jeder Phase bei jedem Schritt gemäß vorstehender Beschreibung erzeugt wird;

Fig. 6 ist eine Ansicht, in welcher die geometrischen Orte der resultierenden Drehmomentvektoren dargestellt sind.

Fig. 2 ist ein Diagramm eines Antriebsstromkreises bzw. einer Antriebsschaltung zum Antreiben eines 5-Phasen Schrittmotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 2 sind Bauteile, die bestimmten Bauteilen gemäß Fig. 1 entsprechen, mit dem gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet. Der 5-Phasen Schrittmotor ist mit Spulen 1 bis 5 der Phasen A bis E versehen, und die Spulen 1 bis 5 sind auf einen Stator 22 gewickelt, wie er in Fig. 3 dargestellt ist und wie er nachstehend beschrieben wird. Das Wickeln der Spulen 1 bis erfolgt derart, daß eine Gruppe ,der Spulen, nämlich die Spulen 1, 3 und 5 entsprechend den Phasen A, C und E, zu der anderen Gruppe von Spulen, nämlich den Spulen 2 und 4 entsprechend den Phasen B und D, in entgegengesetzter Phase liegen. Die Spulen 1 bis 5 sind an einem Ende miteinander verbunden, und die anderen Enden

dienen jeweils als Eingangsanschluß des 5-Phasen Schrittmotors.

Die Bezugszeichen 11 bis 20 bezeichnen Transistoren für das Erregen betreffender Phasen. Die Emitter der Transistoren 11, 13, 15, 17 und 19 sind an die Kollektoren der anderen Transistoren 12, 14, 16, 18 bzw. 2 0 geschaltet. Paare von Transistoren 11 und 12, 13 und 14, 15 und 16, 17 und 18, und 19 und 20 sind parallel an die Energiequelle 7 angeschlossen. Die anderen Enden der Spulen 1 bis 5 der Phasen A bis E sind an Verbindungen von Transistorpaaren 11 und 12, 13 und 14, 15 und 16, 17 und 18 bzw. 19 und 20 geschaltet.

Die Arbeitsweise der Antriebsschaltung gemäß vorstehender Beschreibung wird nachstehend erläutert.

Fig. 3 ist eine Ansicht, in welcher die Ausführung eines 5-Phasen Schrittmotors gemäß der Erfindung schematisch·erläutert ist.

Der Rotor 21 weist fünfzig Zähne auf. Der Stator 22 besteht aus zehn Hauptpolen, und die Zähne der Pole sind derart angeordnet, daß die Zähne eines Hauptpoles sich in einem Abstand von den entsprechenden Zähnen des benachbarten Hauptpoles befinden, und zwar in einem Abstand von einem Zehntel der Zahnteilung des Rotors 21 länger als die Teilung des Hauptpoles. Spulen gegenüberliegender oder entgegengesetzter Pole sind derart gewickelt, daß diese beiden Hauptpole die gleiche Polarität (N oder S) haben, während die fünf Phasen A bis E durch die Spulen 1 bis 5 geschaffen sind. Diese Spulen 1 bis 5 der fünf Phasen A bis E sind so miteinander verbunden, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. .

Fig. 4 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Stromwellenformen und der Richtungen der Erregung. Die Erregungsrichtungen werden als positiv (+) und negativ (-) angenommen, wenn ein Strom fließt, beispielsweise von A nach A bzw. von Ä nach A, und zwar für die Spulen 1 der Phase A, 3 der Phase C und 5 der Phase E, wohin-

gegen für die Spulen 2 der Phase B und 4 der Phase D, die zu den Spulen 1,3 und 5 in entgegengesetzter Phase liegen, diese Richtungen als positiv (+) und negativ (-) angenommen werden, wenn der Strom B nach B bzw. von B nach B fließt.

Die Ziffern 0 bis 19 in Fig. 4 zeigen aufeinanderfolgende Zustände oder Schritte der Phasenerregung an.

Beispielsweise werden beim Schritt 0 die Transistoren 11, 14, 15, 18 und 19 angeschaltet bzw. leitend gemacht, wohingegen die übrigen abgeschaltet bzw. nicht-leitend gemacht werden. Daher wird der von der Energiequelle 7 gelieferte Strom zu den Spulen 1 der Phase A, 3 der Phase C und 5 der Phase E und weiterhin zu den Spulen 2 der Phase B und 4 der Phase D geführt. Als Ergebnis wird die Gruppe der Spulen 1,3 und 5 und die andere Gruppe der Spulen 2 und 4 parallel in Positivrichtung bzw. Negativrichtung erregt, und beide Gruppen sind in Reihe miteinander geschaltet. Wenn ein Wert I als Nennstrom des Motors angenommen wird, genügt es für die Energiequelle 7, einen Erregungsstrom der Stärke 2 χ I zu liefern. Daher wird, wie es durch die Stromwellenformen beim Schritt 0 angegeben ist, ein Strom einer Stärke von 21/3 (+ Richtung) an jede der Spulen 1, 3 und 5 geliefert, während ein Strom von I (- Richtung) an jede der Spulen 2 und 4 geliefert wird.

Die Fig. 5 und die Vektordiagramme zeigen das in den Spulen 1 bis 5 zu verschiedenen Phasen bei den oben genannten Schritten erzeugte Drehmoment. In den Darstellungen zeigen die Pfeile ΐ und ίϊ das Drehmoment in jeder Phase bzw. das resultierende Drehmoment an. Das Drehmoment in jeder Phase des 5-Phasen Schrittmotors kann angesehen werden als ein Drehmoment, welches sich in einem elektrischen Winkel θ von 36° ändert. Dieser elektri-

sehe Winkel wird in einen mechanischen Winkel θ umgewandelt, und zwar gemäß nachstehender Gleichung:

Q_m = Winkelzahnteilung des Verhältnisses/10 = 7,2/10 = 0,72°.

Fig. 5(a) ist eine Darstellung des Vektors beim Schritt 0. Die Spulen 1 bis 5 sind in dem Schrittmotor gemäß vorstehender Beschreibung erregt, und die Richtung des resultierenden Vektors stimmt mit derjenigen des Vektors in der Phase C überein.

Nachstehend wird der Zustand der Vektoren beim Schritt 1 erläutert. Bei diesem Schritt wird der Transistor 11, der beim Schritt 0 leitend gemacht wurde, nicht-leitend gemacht, wodurch eine 4-Phasen Erregung für den Schrittmotor geschaffen ist. Die Stromwellenformen sind derart, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind, bei denen die Stromwerte I (+ Richtung) in den Spulen 3 und 5 der Phasen C und E, und I (--Richtung) in den Spulen 2 und 4 der Phasen B und D betragen. Das resultierende Drehmoment wirkt, wie in Fig. 5(b) dargestellt, in der Richtung, die durch die Mitte zwischen den Phasen C und D verläuft. Der Rotor dreht sich daher in Uhrzeigerrichtung um 0,32° (Halbschritt).

Beim Schritt 2, der in Fig. 5(c) dargestellt ist, befindet sich der Motor im Zustand einer 5-Phasen Erregung. Die Stromwellenformen sind so, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, und der Stromwert beträgt I (+ Richtung) in jeder der Spulen 1, 2 und 4 der Phasen A, B und D. Das resultierende Drehmoment wirkt in der gleichen Richtung wie der Drehmomentvektor der Phase D. Der Rotor dreht sich um 0,72° relativ zu der Stellung beim Schritt 0.

Danach ändert sich die Richtung des resultierenden Drehmomentes, wie es in den Fig. 5(d) bis 5(h) angegeben ist, wenn Strom durch die Phasen derart fließen gelassen wird, wie es in Fig. 4 für die Schritte 0 bis 19 dargestellt ist. Mit der Änderung der Richtung des resultierenden Drehmomentes dreht sich der Rotor 21 und für eine vollständige Umdrehung des resultierenden Drehmomentes dreht sich der Rotor um 7,2°.

Fig. 6 ist ein Diagramm, in welchem die geometrischen Orte der resultierenden Vektoren dargestellt sind. Wie aus dieser Figur

ersichtlich, ist die Größe des Vektors zum Zeitpunkt einer
5-Phasen Erregung geringfügig kleiner als diejenige bei einer 4-Phasen Erregung. Jedoch ist der Unterschied zwischen den
Größen der Vektoren, wie er aus der Darstellung ersichtlich ist, sehr klein und im praktischen Gebrauch ohne Einfluß. Ein solcher Unterschied kann dadurch verringert werden, daß von der
Stromquelle 7 Strom für die 5-Phasen Erregung in etwas größerer Menge als bei 4-Phasen Erregung geliefert wird.

Eine kleine Anzahl von Eingangsanschlüssen bei dem 5-Phasen
Schrittmotor gemäß der Erfindung ermöglicht eine Verringerung der Arbeitsstunden für die Verdrahtung und außerdem eine Verringerung der Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer unrichtigen Verdrahtung. Weiterhin selbst wenn eine unrichtige Verdrahtung auftreten sollte, wird der Antriebsstromkreis nicht
überlastet.

- Leerseite -

Claims

Patentanspruch

5-Phasen Schrittmotor mit einem Rotor (21) , der von einem elektromagnetischen Feld gedreht wird, welches von einem Spulen (1 bis 5) aufweisenden Stator (22) erzeugt wird, wobei die fünf Spulen auf den Stator gewickelt sind und durch Antriebssignale in fünf Phasen erregt werden, während sie auf jedes dieser Signale individuell ansprechen, dadurch gekennzeichnet , daß die Spulen (1 bis 5) auf den Stator (22) derart gewickelt sind, daß eine Gruppe, bestehend aus der ersten, der dritten und der fünften Spule, und eine andere Gruppe, bestehend aus der zweiten und der vierten Spule, zueinander in entgegengesetzter Phase liegen, und daß alle Spulen an einem Ende miteinander verbunden sind und die anderen Enden als Eingangsanschlüsse dienen.