DE4001769A1 - Ansteuerungssystem zum bidirektionalen positionieren von schrittmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Ansteuerungssystem zum bidirek­ tionalen Positionieren eines Schrittmotors gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 31 35 479 ist es bekannt, die Einstellung einer Einspritzpumpe mit einem als Schrittmotor ausgebil­ deten Elektromotor vorzunehmen.

In der oben genannten Schrift werden zur Ansteuerung des Schrittmotors genau doppelt so viele Steuerleitungen und Schalter benötigt, wie der Schrittmotor Ständerwicklungen hat.

Bedingt durch diese Schaltungsart ist eine hohe Anzahl von Steuerleitungen und Schaltern notwendig, die einerseits sehr aufwendig und damit störanfällig sind und anderer­ seits sehr kostenintensiv sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein An­ steuerungssystem zum bidirektionalen Positionieren eines Schrittmotors bereitzustellen, mit dem die zuvor beschrie­ benen Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird von dem Ansteuerungssystem gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß die zur bidirektionalen Positionierung des Schrittmotors er­ forderlichen Ständerwicklungen an einem Schalter als Halb­ brücke verschaltet sind. Somit reduziert sich die Anzahl der Steuerleitungen, die häufig von einem Schaltraum, der sich z. B. im Innenraum eines Fahrzeuges befindet, zu dem Schrittmotor direkt am Motor geführt werden müssen.

Ebenso verringert sich die Anzahl der Schalter, wodurch insgesamt eine geringere Störanfälligkeit und eine Redu­ zierung der Kosten erreicht wird.

In Weiterbildung der Erfindung können als Schalter mecha­ nische (Handschalter), elektromechanische (Relais) oder elektronische Schaltelemente (z. B. Transistoren, Thyri­ storen, Triacs o. ä.) Verwendung finden, die über eine ausreichende Schaltleistung und die erforderliche Schalt­ geschwindigkeit verfügen.

In Weiterbildung der Erfindung dient eine Halbbrücke als variables Bezugspotential für beide Spulen, so daß sich die Strangspannung verkleinert.

Darüberhinaus ist es vorgesehen, daß die einzelnen Schal­ ter aus jeweils zwei Einschaltgliedern (Ein-/Aus-Schalter) bestehen, die derart gekoppelt sind, daß sie sich gegen­ seitig auslösen. Damit ist ein Kurzschluß in der Ständer­ wicklung ausgeschlossen.

Ebenso können die einzelnen Schalter auch durch Umschalt­ glieder (Umschalter) realisiert werden, was zur elektri­ schen Sicherheit beiträgt und den Material- und Kostenauf­ wand weiter reduziert.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die aus den einzelnen Schaltern bestehende Schalteranordnung je nach Platz- und Raumangebot entweder im Schrittmotorgehäu­ se selber integriert werden oder in einem separaten, ex­ ternen Gehäuse untergebracht werden.

Vorteilhafterweise sind die Schalter im Motorgehäuse zu integrieren, um eine Reduzierung der Steuerleitungen und damit eine Verminderung von Material und Kosten zu errei­ chen.

Die nachfolgende Zeichnungbeschreibung beinhaltet weitere Ausgestaltungen der Erfindung, wobei die einzelnen Figuren zeigen:

Fig. 1 Eine erfindungsgemäße Anordnung von Stän­ derwicklungen und Schaltern,

Fig. 2a Schalteranordnung, bestehend aus zwei Ein­ schaltgliedern,

Fig. 2b Schalteranordnung, bestehend aus einem Um­ schaltglied.

Fig. 1 zeigt in einem nicht vollständig dargestellten Schrittmotor die separate Anordnung (1) von Ständerwick­ lungen (11) und (12) und eine weitere separate Anordnung (2), in der die Schalter (21), (22) und (23) untergebracht sind. Die in der Fig. 1 gezeigten beiden Ständerwicklun­ gen (11) und (12) sind über die Punkte A, B und C mit den Schaltungsanordnungen (21), (22) und (23) verbunden, mit denen den Ständerwicklungen (11) und (12) in geeigneter Reihenfolge Impulse (z. B. Digitalgrößen) zugeführt wer­ den. Das kann mit mechanischen Schaltern oder elektroni­ schen Steuerungen geschehen. Die elektronische Steuerung wird bspw. mit einem nicht gezeigten zweistufigen Binär­ zähler durchgeführt, bei dem sich bei jedem Impuls nur ei­ ne Stufe der Schrittweite ändert. Dazu eignen sich entwe­ der normale Asynchronzähler mit nachgeschaltetem Codewand­ ler oder ein entsprechend codierter Synchronzähler.

Fig. 2a zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung (25), wobei die beiden gezeigten Schalter aus Einschalt­ gliedern bestehen, die zweckmäßigerweise mechanisch gekop­ pelt sein sollten, damit bei der Umschaltung kein Kurz­ schluß entstehen kann. Bestehen die beiden Einschaltglie­ der bspw. aus Relais oder aus einem der anderen genannten Schaltelemente, ist die elektronische Ansteuerung der Schaltelemente so auszulegen, daß sich beim Umschalten kein Kurzschluß ergibt.

Fig. 2b zeigt eine Schalteranordnung (26), bestehend aus einem Umschaltglied mit Mittelkontakt, wodurch die elek­ trische Sicherheit gewährleistet ist (kein Kurzschluß mög­ lich).

Diese beiden Schaltungsanordnungen, die in den Fig. 2a und 2b gezeigt sind, können nun in dem Gehäuse des Schrittmotors selber integriert werden, wodurch sich die in Fig. 1 gezeigten Steuerleitungen, die über die Punkte A, B und C laufen, erheblich verkürzen. Möglich ist auch eine Integrierung der Schalteranordnung in einem zusätzlichen Steuergerät, daß nicht nur die Steuerung von Schrittmoto­ ren, sondern auch die Steuerung von anderen elektrischen bzw. elektronischen Einrichtungen übernehmen kann. Hierbei kann man sich die Einrichtung der Erfindung zunutze ma­ chen, da die Steuerleitungen in der Anzahl reduziert sind, so daß bspw. ein Motorkabelbaum im Umfang geringer ausfal­ len kann.

Ein Anwendungsgebiet von den zuvor beschriebenen bidirek­ tional positionierenden Systemen (Schrittmotoren) liegt in der Einstellung der von einer Brennkraftmaschine abzuge­ benden Leistung.

Zu diesem Zweck wird eine annähernd feine Auflösung der Schrittweite des Schrittmotors gefordert. Daher kann eine Pulsweitenmodulierung eines Teils der Motorleistung einer Brennkraftmaschine vorgesehen werden, so daß es möglich ist, bei endlicher Schrittzahl des Positionierungssystems mit einem verringerten Aufwand an Steuerleitungen und Schaltern eine deutlich höhere Auflösung des Positionie­ rungssystems zu erreichen.

Auf diese Art und Weise kann die Leistung einer Brenn­ kraftmaschine zyklisch zwischen zwei Motorleistungswerten umgeschaltet werden, so daß die mittlere Motorleistung stufenlos zwischen diesen beiden Motorleistungswerten ein­ gestellt werden kann.

Claims (4)

1. Ansteuerungssystem zum bidirektionalen Positionie­ ren von Schrittmotoren (1) mit einer beliebigen, geraden Anzahl von Ständerwicklungen (11), mit den zur Ansteuerung des Schrittmotors (1) erforderlichen Steuerleitungen und einer Schalteranordnung (2), dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine erste Ständer­ wicklung (11) mit einer zweiten Ständerwicklung (12) an einem Schalter (22) als Halbbrücke verschaltet ist.

2. Ansteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicnnet, daß die einzelnen Schalter der Schalteranordnung (2) als elektronische, elekromechanische oder mechanische Schaltelemente ausgeführt sind.

3. Ansteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter zumindest zwei Einschaltglieder (25) oder zumindest ein Umschaltglied (26) eingesetzt sind.

4. Ansteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Schaltern beste­ hende Schalteranordnung (2) im Gehäuse des Schrittmotors (1) integriert oder in einem seperaten, externen Gehäuse untergebracht ist.