DE4316292A1

DE4316292A1 - Electrical actuating drive

Info

Publication number: DE4316292A1
Application number: DE4316292A
Authority: DE
Inventors: Horst Kick; Hubert Dipl Ing Scharr
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-05-14
Filing date: 1993-05-14
Publication date: 1994-11-17

Abstract

The invention relates to an electrical actuating drive having a DC motor (3) which has no commutator but has a stator and a permanent-magnet rotor which interact magnetically in such a manner that a high holding torque is produced at rest. A rotating field is produced in the stator, controlled by a device (4) for position identification having three Hall sensors. Because of the holding torque, the rotation speed in normal operation cannot be made infinitely small. According to the invention, the motor (3) is therefore moved step by step at relatively low rotation speeds, a clock generator (23) of a control electronics device (1) determining the step frequency in accordance with the predetermined rotation speed. The invention is used in actuating drives of any type. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Stell antrieb mit kollektorlosem Gleichstrommotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an electrical actuator drive with a collectorless DC motor according to the Preamble of claim 1.

In verfahrenstechnischen Anlagen werden Stellglieder, wie Ventile, Klappen, Schieber, zum Beeinflussen von leitungs gebundenen Massen- und Energieströmen eingesetzt, die von elektrischen Stellantrieben betätigt werden. Diese sind in der Lage, auf Stellbefehle ein Stellglied selbständig zu verfahren und bei Erreichen der Vorgabe des Stell befehls den Antriebsmotor abzuschalten. Solche Vorgaben können Positionen sein, im einfachsten Falle die beiden Positionen "Auf" und "Zu". Eine weitere Vorgabe kann die Stellgeschwindigkeit sein. Während Regelantriebe Bestand teil eines geschlossenen Regelkreises sind und zur konti nuierlichen Veränderung einer Regelgröße dienen, sind Steuerantriebe Übertragungsglieder in einem offenen Kreis.In process engineering plants, actuators such as Valves, flaps, sliders, to influence lines bound mass and energy flows used by electrical actuators. These are able to act independently on actuating commands to proceed and when the setting of the position is reached command to switch off the drive motor. Such guidelines can be positions, in the simplest case the two Positions "open" and "closed". Another requirement can be the Positioning speed. While variable speed drives existed are part of a closed control loop and are serve to change a controlled variable Control drives transmission links in an open circle.

Derartige Stellantriebe sind aus der AUMA-Produkt- Beschreibung DO 23.01.001D/1.92 "Elektrische Schwenk antriebe AS 3-AS 50, ASR 3-ASR 50" bekannt. Als Motor wird bei diesen Stellantrieben ein kollektorloser Gleich strommotor verwendet, dessen Rotor aus dauermagnetischem Material und dessen Stator aus Weicheisen besteht. Zur Erkennung der Rotorlage werden drei eingebaute Hall- Sensoren verwendet, deren Ausgangssignale auf 3-Phasen- Halbleiterbrücken zur Erzeugung eines Drehfeldes in der Statorwicklung geführt sind. Der Motor kann sowohl mit Wechsel- als auch mit Gleichstrom betrieben werden. Durch eine geeignete konstruktive Auslegung wird erreicht, daß Permanentmagnet-Rotor und Weicheisen-Stator im stromlosen Ruhezustand ein Haltemoment erzeugen. Vorteilhaft macht dieses Haltemoment die Verwendung eines selbsthemmenden Getriebes oder einer mechanischen Feststellbremse über flüssig. Andererseits ist dieses magnetische Halte- oder auch Rastmoment der Grund dafür, daß der kollektorlose Gleichstrommotor lediglich eine Drehzahlregelung im Bereich 1 : 22 ermöglicht und die Drehzahl im Gleich strombetrieb nicht beliebig klein gemacht werden kann. Die Stellzeit für eine Schwenkbewegung von 90° ist bei diesen Stellantrieben daher von 4 Sekunden stufenlos bis 90 Sekunden einstellbar. Längere Stellzeiten sind nicht möglich.Such actuators are from the AUMA product Description DO 23.01.001D / 1.92 "electrical swivel drives AS 3-AS 50, ASR 3-ASR 50 "known. As motor becomes a collectorless match with these actuators current motor used, the rotor made of permanent magnetic Material and its stator consists of soft iron. For Detection of the rotor position, three built-in Hall Sensors whose output signals are based on 3-phase Semiconductor bridges for generating a rotating field in the Stator winding are performed. The engine can be used with both AC and DC can be operated. By a suitable design is achieved that Permanent magnet rotor and soft iron stator in the de-energized state Generate a holding torque in the idle state. Advantageous this holding torque the use of a self-locking Gearbox or a mechanical parking brake liquid. On the other hand, this is magnetic holding or also cogging torque the reason that the collectorless DC motor only a speed control in the Range 1:22 enables and the speed in the same power operation can not be made arbitrarily small. The positioning time for a swivel movement of 90 ° is at these actuators therefore infinitely variable from 4 seconds to 90 seconds adjustable. Longer positioning times are not possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektri schen Stellantrieb zu schaffen, dessen Stellzeit beliebig veränderbar ist.The invention has for its object an electri to create the actuator, whose actuating time is arbitrary is changeable.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist der neue elektrische Stellantrieb der eingangs genannten Art die im kennzeich nenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale auf. In den Unteransprüchen 2 bis 8 sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Stellantriebs angegeben.To solve this task, the new electrical Actuator of the type mentioned in the characterizing ning part of claim 1 mentioned features. In the Subclaims 2 to 8 are advantageous developments of the actuator according to the invention.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß der elektrische Stell antrieb problemlos ab niedrigsten Drehzahlen arbeitet. Dabei wird der Vorteil eines guten elektrischen Wirkungs grades beibehalten, da aufgrund des hohen Rastmomentes im stromlosen Zustand zwischen der Ausführung der Schritte keine elektrische Energie verbraucht werden muß. Insbeson dere wenn der schrittweise Betrieb mit dem Normalbetrieb des kollektorlosen Gleichstrommotors kombiniert wird, ist der erfindungsgemäße elektrische Antrieb universell und wirtschaftlich einsetzbar. Die Betriebsart als Gleich strommotor ergibt den besten Wirkungsgrad und die besten Regeleigenschaften bis zu einer minimalen Drehzahl, der schrittweise Betrieb erlaubt einen sicheren Betrieb mit Einzelschritten im unteren Drehzahlbereich mit eindeutigem Verhalten des Motors auch bei Laständerungen. Auch nied rigste Drehzahlen werden durch die Drehzahlvorgabe mit einem Taktgeber bzw. Mikroprozessor exakt eingehalten. Durch eine geeignete Form des Statorstroms, z. B. in Form einer Rampe, wird ein weicher Einzelschrittbetrieb er reicht. Gleichzeitig paßt sich der Motorstrom bei Rampen form den Lastverhältnissen automatisch an. Nach Erreichen des vorgegebenen Soll-Schrittes kann der Motorstrom ab geschaltet werden, so daß der Motor ohne externe Energie zufuhr abgebremst wird. Auf diese Weise kann auch beim Schubbetrieb eine stabile Drehzahl bewirkt werden. Das Umschalten von schrittweisem Betrieb auf Normalbetrieb des kollektorlosen Gleichstrommotors kann in Abhängigkeit der Drehzahlvorgabe automatisch erfolgen.The invention has the advantage that the electrical actuator drive works without problems from the lowest speeds. The advantage of a good electrical effect maintain degree, because due to the high cogging torque in de-energized state between the execution of the steps no electrical energy needs to be consumed. In particular if the gradual operation with normal operation of the collectorless DC motor is combined the inventive electric drive universal and economically applicable. The operating mode as equal electric motor gives the best efficiency and the best Control properties up to a minimum speed, the gradual operation allows safe operation with Individual steps in the lower speed range with clear Behavior of the engine even with changes in load. Too cute Rigid speeds are determined by the speed setting a clock generator or microprocessor exactly adhered to. By a suitable form of the stator current, e.g. B. in the form a ramp, it becomes a soft single-step operation enough. At the same time, the motor current adapts to ramps automatically shapes the load conditions. After reaching of the predetermined target step, the motor current can can be switched so that the motor without external energy feed is braked. In this way, the Thrust operation a stable speed can be effected. The Switch from step-by-step operation to normal operation of the brushless DC motor can depend on the The speed is set automatically.

Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher er läutert.Using the drawings, in which an embodiment of the invention is shown below Invention and refinements and advantages he closer purifies.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines elektrischen Stell antriebs, Fig. 1 is a block diagram of an electrical actuating drive,

Fig. 2 einen Stellantrieb mit Betriebsartenumschaltung, Fig. 2 shows an actuator with mode switching,

Fig. 3 den Verlauf des Rastmomentes und der Sensor signale, Fig 3 signals. The course of the detent torque and the sensor,

Fig. 4 den Verlauf des Taktsignals, des Statorstroms und des Signals zur Kurzschlußsteuerung und Fig. 4 shows the course of the clock signal, the stator current and the signal for short-circuit control and

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung. Fig. 5 is a block diagram of a control device.

Ein elektrischer Stellantrieb besteht nach Fig. 1 aus einer Steuerelektronik 1, einer Treiber-/Endstufe 2 und einem Motor 3. Die Position des Rotors wird im Motor 3 mit einer Einrichtung zur Lageerkennung 4 erfaßt. Diese gibt ein mit drei Bit codiertes Lagesignal 5 an die Steuerelektronik 1 ab. Der Motor 3 ist ein kollektorloser Gleichstrommotor mit magnetischer Rast, die durch ent sprechende Konstruktion seines Permanentmagnet-Rotors mit sechs Polpaaren und seines Weicheisen-Stators erzeugt wird. Als Einrichtung zur Lageerkennung 4 werden drei Hall-Sensoren verwendet, deren Signale beim Gleichstrom betrieb zur Kommutierung und Drehzahlerfassung dienen. Sie liefern einen 3-Bit-Code, der die aktuelle Position des Rotors mit der Auflösung einer Raststelle wiedergibt. Wei tere Eingangssignale der Steuerelektronik 1 sind ein Ein schaltsignal 6, ein Signal zur Kennzeichnung der Lauf richtung 7, ein Signal 8 zur Vorgabe des maximalen Wick lungsstroms und ein Signal 9 zur Vorgabe der Motordreh zahl. Die Steuerelektronik 1 erzeugt sechs Steuersignale 10 für die Treiber-/Endstufe 2, durch welche die Motor drehzahl, die Begrenzung des Motorstromes, die Motor drehrichtung und ein Bremssignal bestimmt werden. In der Treiber-/Endstufe 2 werden daraus drei Motorsignale 11 für eine 3-Phasen-Wicklung im Stator des Motors 3 gebildet. Netzteile zur Erzeugung der Betriebsspannungen für die Steuerelektronik 1 und die Treiber-/Endstufe 2 sind in Fig. 1 der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt. Die Steuerelektronik 1 kann durch einen Aufbau mit diskreten Bauelementen, vorteilhaft aber auch mit einem Mikroprozes sor, realisiert werden, der mit einem geeigneten Steuer programm programmiert ist.According to FIG. 1, an electric actuator consists of control electronics 1 , a driver / output stage 2 and a motor 3 . The position of the rotor is detected in the motor 3 with a device for position detection 4 . This emits a position signal 5 coded with three bits to the control electronics 1 . The motor 3 is a brushless DC motor with magnetic detent, which is generated by the appropriate design of its permanent magnet rotor with six pole pairs and its soft iron stator. As a device for position detection 4 , three Hall sensors are used, the signals of which are used for direct current operation for commutation and speed detection. They provide a 3-bit code that shows the current position of the rotor with the resolution of a rest point. Wei further input signals of the control electronics 1 are a switch signal 6 , a signal for identifying the running direction 7 , a signal 8 for specifying the maximum winding current and a signal 9 for specifying the engine speed. The control electronics 1 generates six control signals 10 for the driver / output stage 2 , through which the motor speed, the limitation of the motor current, the motor direction of rotation and a brake signal are determined. In the driver / output stage 2 , three motor signals 11 are formed for a 3-phase winding in the stator of the motor 3 . Power supplies for generating the operating voltages for the control electronics 1 and the driver / output stage 2 are not shown in FIG. 1 for the sake of clarity. The control electronics 1 can be realized by a structure with discrete components, but advantageously also with a microprocessor, which is programmed with a suitable control program.

In dem Blockschaltbild nach Fig. 2 ist insbesondere die Umschaltung der Betriebsart von normalem auf schrittweisen Betrieb sichtbar. Teile, die schon in Fig. 1 dargestellt wurden, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Eine Drehzahlregelung erfolgt im Normalbetrieb mit einem Pl- Regler 12, dem das Signal 9 zur Vorgabe der Soll-Drehzahl und ein mit einem Tacho-Tiefpaß 13 erzeugtes, der Ist- Drehzahl entsprechendes Signal 14 zugeführt werden. Das Signal 14 wird mit dem Tacho-Tiefpaß 13 aus dem Lage signal 5 gewonnen. Aus dem Lagesignal 5 wird bei jeder Änderung des 3-Bit-Codes der Hall-Sensoren ein Impuls konstanter Breite und Höhe erzeugt. Die Frequenz dieser Impulse ist drehzahlproportional. Durch Mittelwertbildung mit Hilfe eines Tiefpasses wird eine analoge Tacho-Span nung erzeugt, die der Drehzahl entspricht. Ein Ausgangs signal 16 des Pl-Reglers 12 ist auf eine Einrichtung 17 zur Umsetzung der Regelabweichung in ein pulsweiten moduliertes Signal 10 geführt, das die Dauer der Wick lungsbestromung des Motors 3 bestimmt, ein Ausgangssignal 15 dient zum Bremsen durch Kurzschließen der Statorwick lungen. Gleichzeitig wird der Wicklungsstrom mit einer Strombegrenzungsschaltung 18 überwacht. Auf die Einrich tung 17 zur Pulsweitenmodulation ist ebenfalls das Lage signal 5 geführt, damit die 3-Phasen-Brücke zur Motor ansteuerung phasenrichtig betrieben wird.The block diagram according to FIG. 2 shows in particular the switching of the operating mode from normal to step-by-step operation. Parts that have already been shown in Fig. 1 are provided with the same reference numerals. A speed control takes place in normal operation with a PI controller 12 , to which the signal 9 for specifying the target speed and a signal 14 generated with a tachometer low-pass filter 13 and corresponding to the actual speed are fed. The signal 14 is obtained with the speedometer low-pass filter 13 from the position signal 5 . A pulse of constant width and height is generated from the position signal 5 each time the 3-bit code of the Hall sensors changes. The frequency of these pulses is proportional to the speed. By averaging using a low-pass filter, an analog tacho voltage is generated that corresponds to the speed. An output signal 16 of the PI controller 12 is guided to a device 17 for implementing the control deviation in a pulse-width modulated signal 10 which determines the duration of the winding energization of the motor 3 , an output signal 15 is used for braking by short-circuiting the stator windings. At the same time, the winding current is monitored with a current limiting circuit 18 . On the device 17 for pulse width modulation, the position signal 5 is also guided so that the 3-phase bridge for motor control is operated in the correct phase.

Das Lagesignal 5, das von drei Hall-Sensoren erzeugt wird, besteht aus den drei in Fig. 3 über einem Winkelbereich von 30° aufgetragenen Einzelsignalen S1, S2 und S3. Der Motor 3 ist wegen seiner konstruktiven Auslegung mit einem Rastmoment behaftet, dessen Verlauf ebenfalls in dem Diagramm in Fig. 3 dargestellt ist. Dieser ist etwa sinusförmig mit einem maximalen Rastmoment M von 300 mNm und einer Periode von 10° (bezogen auf eine Rotor umdrehung), die der Schrittweite x der Rastschritte ent spricht. Bei den Nulldurchgängen der Kurve wechseln sich Orte mit stabiler Ruhelage S und Orte mit labiler Ruhe lage L im unbelasteten Zustand des Motors ab. Dieses Rastmoment bewirkt beim Normalbetrieb des bürstenlosen Gleichstrommotors zwei störende Effekte: Zum einen ist der mittleren Winkelgeschwindigkeit eine näherungsweise sinus förmige Schwankung der Momentangeschwindigkeit überlagert und zum anderen bleibt der Motor beim Erniedrigen der Drehzahl bei dem vorgegebenen Lastträgheitsmoment bei einer Grenzdrehzahl von etwa 80 UPM (Umdrehungen pro Minute) stehen und läuft erst wieder bei einer Anlauf drehzahl von etwa 300 UPM an. Die Amplitude der Drehzahl schwankungen aufgrund des Rastmoments verringert sich bei höheren Drehzahlen und ist umgekehrt proportional der mittleren Drehzahl sowie dem Trägheitsmoment, bezogen auf die Rotorachse. Eine Möglichkeit zur Absenkung der Grenz drehzahl wäre daher eine Erhöhung des Rotorträgheits momentes; nachteilig wäre dabei aber die große Zeit konstante der Regelstrecke durch das Rotorträgheitsmoment. Die Grenzdrehzahl ist beim Verringern der Drehzahl genau dann erreicht, wenn die Momentangeschwindigkeit gerade Null wird, d. h., wenn die Amplitude der sinusförmigen Schwankung gerade die Höhe der mittleren Winkelgeschwin digkeit erreicht. Da die Grenzdrehzahl des Normalbetriebs lastabhängig ist, wird die Drehzahl der Umschaltung auf schrittweisen Betrieb in ausreichendem Abstand zur unteren Grenzdrehzahl auf 250 UPM festgesetzt.The position signal 5 , which is generated by three Hall sensors, consists of the three individual signals S1, S2 and S3 plotted in FIG. 3 over an angular range of 30 °. Because of its structural design, the motor 3 has a cogging torque, the course of which is also shown in the diagram in FIG. 3. This is approximately sinusoidal with a maximum cogging torque M of 300 mNm and a period of 10 ° (based on a rotor revolution), which speaks to the step size x of the cogging steps. At the zero crossings of the curve, places with stable rest position S and places with unstable rest position L alternate in the unloaded state of the engine. This cogging torque causes two disruptive effects during normal operation of the brushless DC motor: on the one hand, an approximately sinusoidal fluctuation in the instantaneous speed is superimposed on the mean angular velocity, and on the other hand, when the speed is reduced, the motor remains at the specified load moment of inertia at a limit speed of approximately 80 rpm (revolutions per Minute) stand and only starts again at a starting speed of about 300 rpm. The amplitude of the speed fluctuations due to the cogging torque decreases at higher speeds and is inversely proportional to the average speed and the moment of inertia, based on the rotor axis. One way of lowering the speed limit would therefore be to increase the rotor moment of inertia; a disadvantage would be the large time constant of the controlled system through the rotor moment of inertia. The limit speed is reached when the speed is reduced precisely when the instantaneous speed is just zero, ie when the amplitude of the sinusoidal fluctuation just reaches the level of the mean angular speed. Since the limit speed of normal operation is load-dependent, the speed of the switchover to step-by-step operation is set to 250 RPM at a sufficient distance from the lower limit speed.

Zur Umschaltung der Betriebsarten sind in Fig. 2 dar gestellte Schalter 19, 20 und 21 vorgesehen, die im Normalbetrieb auf der Stellung E liegen und im schritt weisen Betrieb die Stellung F einnehmen. Die Steuerung der Schalter 19, 20 und 21 erfolgt durch eine in Fig. 2 nicht gezeigte Drehzahlüberwachungseinrichtung. Der Statorstrom des Motors 3 wird in der Stellung F durch eine Einrichtung 22 derart gesteuert, daß der Stator schrittweise von einer Raststelle zur nächsten bewegt wird. Die zeitliche Schrittfolge wird durch einen Taktgeber 23 bestimmt. Der Motorstrom paßt sich durch die Rampenform den Lastverhält nissen automatisch an, so daß ein problemloses Anlauf verhalten im Drehzahlbereich von 0 bis ca. 800 UPM er reicht wird. Die Rampenform wird von der Einrichtung 22 auf einem Signal 24 ausgegeben. Nach Erreichen eines vor gegebenen Soll-Schrittes wird der Motorstrom abgeschaltet und mit einem Signal 25 auf Bremsen ohne externe Energie zufuhr umgeschaltet. Damit wird auch eine stabile Drehzahl bei Schubbetrieb erreicht. Das Umschalten von Schritt auf Normalbetrieb bei Überschreiten einer Drehzahl von 250 UPM erfolgt durch Betätigen der Schalter 19, 20 und 21 automatisch. Im Unterschied zum Normalbetrieb wird im schrittweisen Betrieb das Lagesignal 5 nicht unmittelbar auf die Einrichtung 17 geführt, sondern zunächst auf die Einrichtung 22. To switch the operating modes, switches 19 , 20 and 21 are provided in FIG. 2, which are in position E in normal operation and assume position F in step-by-step operation. The switches 19 , 20 and 21 are controlled by a speed monitoring device (not shown in FIG. 2). The stator current of the motor 3 is controlled in the position F by a device 22 such that the stator is gradually moved from one rest point to the next. The chronological sequence of steps is determined by a clock generator 23 . The motor current adapts automatically to the load conditions due to the ramp shape, so that problem-free start-up behavior in the speed range from 0 to approx. 800 rpm is sufficient. The ramp shape is output by the device 22 on a signal 24 . After reaching a given target step, the motor current is switched off and switched to braking without supplying external energy with a signal 25 . This also ensures a stable speed in overrun mode. Switching from step to normal operation when a speed of 250 RPM is exceeded is done automatically by operating switches 19 , 20 and 21 . In contrast to normal operation, in step-by-step operation the position signal 5 is not led directly to the device 17 , but first to the device 22 .

Die genauere Funktion der Einrichtung 22 wird an dem Blockschaltbild nach Fig. 5 näher erläutert. Wie im Normalbetrieb ergibt sich die Vorgabe des Lagesignals 5 für die in Fig. 2 gezeigte Einrichtung 17 aus dem durch die Einrichtung zur Lageerkennung 4 ermittelten Zustand der drei Hall-Sensoren (Ist-Zustand) mit dem Unterschied, daß hier der Zeitpunkt der Übernahme des Istwerts als neuer Vorgabewert (aktueller Istwert wird zu neuem Soll wert) von der Drehzahlvorgabe durch den Taktgeber 23 bestimmt wird. Dazu werden der Istwert und der Stand eines mit dem Taktsignal 27 betriebenen Modulo-6-Zählers 40 auf eine Vergleichslogik 26 geführt. Deren Ausgangs signal 41 wird, von der Flanke eines Taktsignals 27 ge steuert, in ein Register 28 übernommen und ergibt so den neuen Sollwert 29. Dadurch wird erreicht, daß immer eine korrekte Motoransteuerung auch beim Einschalten, bei Last änderungen oder beim Anlauf erfolgt. Der Istwert ist der von den drei Hall-Sensoren der Einrichtung 4 abgegebene Code der Signale S1, S2 und S3 (siehe Fig. 3), welcher der momentanen Motorlage entspricht. Der Sollwert 29 ist der für den nächsten Motorschritt (Rastschritt) erforder liche Code. Dieser wird je nach Drehrichtung durch einen Inverter 30 invertiert oder unverändert ausgegeben. Im schrittweisen Betrieb läuft der Motor immer innerhalb des erlaubten Drehzahlbereiches (0 bis 250 UPM) ohne zu pendeln eindeutig und sofort an, die Drehzahl kann sogar bis ca. 800 UPM erhöht werden.The more precise function of the device 22 is explained in more detail on the block diagram according to FIG. 5. As in normal operation, the specification of the position signal 5 for the device 17 shown in FIG. 2 results from the state of the three Hall sensors (actual state) determined by the device for position detection 4, with the difference that here the time of taking over the Actual value as a new default value (current actual value becomes new setpoint) is determined by the speed setting by the clock generator 23 . For this purpose, the actual value and the status of a modulo 6 counter 40 operated with the clock signal 27 are fed to a comparison logic 26 . The output signal 41 is, ge controlled by the edge of a clock signal 27 , transferred to a register 28 and thus gives the new setpoint 29th This ensures that the motor is always controlled correctly even when it is switched on, when there are load changes or when starting. The actual value is the code of the signals S1, S2 and S3 (see FIG. 3) emitted by the three Hall sensors of the device 4 , which corresponds to the current engine position. The setpoint 29 is the code required for the next motor step (rest step). Depending on the direction of rotation, this is inverted by an inverter 30 or output unchanged. In step-by-step operation, the motor always starts within the permitted speed range ( 0 to 250 rpm) without swinging clearly and immediately, the speed can even be increased up to approx. 800 rpm.

In Fig. 4 ist der zeitliche Verlauf der Signale 24, 25 und 27 aus den Fig. 2 und 5 dargestellt. Der Motorstrom wird nach Auftreten einer Taktflanke 31 des Taktsignals 27 mit dem Signal 24 rampenförmig erhöht, bis Rast- und Last moment überwunden werden können und der neue Ist-Zustand durch die Drehbewegung des Rotors erreicht ist. Dieser Zeitpunkt wird durch eine positive Flanke 32 des Signals 25 markiert, welches durch einen in Fig. 5 gezeigten Komparator 33 erzeugt und auf einen Rampengenerator 34 geführt wird. Dann wird der Motor ohne externe Energie zufuhr durch Kurzschließen der Motorwicklung bis zur näch sten Sollwert-Vorgabe bei der negativen Flanke 35 des Signals 25 in Fig. 4 abgebremst. Dadurch wird die Ein haltung der vorgegebenen Drehzahl im Schubbetrieb erheb lich verbessert. Durch diese Motorstromregelung wird ein sanfter Schritt erreicht. Dies ist besonders bei Einzel schrittsteuerung von Vorteil. Es fließt nur so viel Motor strom, wie für die Drehbewegung unbedingt notwendig ist. Dies bewirkt eine Vergrößerung des Wirkungsgrades und dadurch eine Verringerung der Erwärmung des Motors.In FIG. 4 is the timing of the signals 24, shown in FIGS. 2 and 5, 25 and 27. After the occurrence of a clock edge 31 of the clock signal 27 , the motor current is ramped up with the signal 24 until the rest and load moments can be overcome and the new actual state is reached by the rotary movement of the rotor. This point in time is marked by a positive edge 32 of the signal 25 , which is generated by a comparator 33 shown in FIG. 5 and is passed to a ramp generator 34 . The motor is then braked without external energy by short-circuiting the motor winding until the next setpoint value is given on the negative edge 35 of the signal 25 in FIG. 4. As a result, the maintenance of the predetermined speed in overrun is significantly improved Lich. With this motor current control, a gentle step is achieved. This is particularly advantageous for single step control. Only as much motor current flows as is absolutely necessary for the rotary movement. This causes an increase in efficiency and thus a reduction in engine warming.

Eine Verbesserung der Einrichtung 22 besteht darin, daß der aktuelle Istwert mit der Vorgabe des schrittweise erzeugten Sollwerts verglichen wird. Wenn der vorgegebene Schritt richtig ausgeführt worden ist, sind beide iden tisch. Je nach Drehzahl und Lastzustand können jedoch noch zwei andere unerwünschte Betriebsfälle auftreten, deren negative Auswirkungen durch die folgende Verbesserung vermieden werden. Werden nach Vorgabe eines Schrittes mehrere Schritte ausgeführt, so war die Rampenform zu steil und muß so weit abgesenkt werden, bis der Schritt richtig erfolgt. Wird dagegen kein Schritt ausgeführt, so war die Rampenform zu flach und der Motorstrom für die anstehende Last nicht ausreichend. Die Rampenform muß steiler eingestellt werden. Im Blockschaltbild nach Fig. 5 wird diese durch Vorgabe eines Offsets mit einem Signal 36 sowie der Steilheit mit einem Signal 37 fest gelegt. Die Vergleichslogik 26 erkennt diese unerwünschten Betriebszustände und gibt über ein Register 38 Signale 39 für den Betriebszustand aus, die einer nicht dargestellten Anzeige zugeführt sind.An improvement of the device 22 consists in the fact that the current actual value is compared with the specification of the target value generated step by step. If the given step has been carried out correctly, both are identical. Depending on the speed and load condition, two other undesirable operating cases can occur, the negative effects of which are avoided by the following improvement. If several steps were carried out after a step was specified, the ramp shape was too steep and must be lowered until the step is carried out correctly. If, on the other hand, no step was carried out, the ramp shape was too flat and the motor current was insufficient for the load. The ramp shape must be set steeper. In the block diagram according to FIG. 5, this is fixed by specifying an offset with a signal 36 and the slope with a signal 37 . The comparison logic 26 recognizes these undesirable operating states and outputs signals 39 for the operating state via a register 38 , which are fed to a display (not shown).

Bei einer Realisierung mit einem Mikroprozessor kann der Betriebszustand zur automatischen Korrektur der Rampenform verwendet werden. Bei höheren Drehzahlen über etwa 100 UPM kann es vorkommen, daß der Motor bei plötzlichen Lastände rungen nicht der Schrittvorgabe folgen kann. Der Motor fällt dann außer Tritt. In diesem Fall muß die Rampenform ebenfalls entsprechend den Lastverhältnissen verändert werden. Gleichzeitig wird, gesteuert durch die Vergleichs logik, die Vorgabe neuer Schritte so lange angehalten, bis der Motor die verlorenen Schritte aufgeholt hat, damit er zur Soll-Drehzahl hochläuft und sich wieder mit der Soll- Vorgabe synchronisiert. Wenn der Motor außer Tritt gefal len ist, wird dies ebenfalls als Betriebszustand ange zeigt.When implemented with a microprocessor, the Operating state for automatic correction of the ramp shape be used. At higher speeds above about 100 RPM It can happen that the engine is under sudden load conditions can not follow the step instructions. The motor then falls out of step. In this case the ramp shape also changed according to the load conditions become. At the same time, is controlled by the comparison logic, the specification of new steps stopped until the engine has caught up with the lost steps so he runs up to the target speed and again with the target Default synchronized. When the engine falls out of step len, this is also indicated as the operating state shows.

Claims

1. Electric actuator

- With a collectorless DC motor ( 3 ) which has a stator and a permanent magnet rotor, which interact magnetically such that a high rest moment is generated at a standstill, and which is provided with a device for position detection ( 4 ),

dadurch gekennzeichnet,characterized,

- That a device ( 22 ) for controlling the stator current is present, which is connected to the device ( 4 ) for bearing detection and controls the stator current in such a way that the stator is moved step by step, the step width being the distance (x) between two locking points corresponds, and
- That a clock ( 23 ) is present, which is connected to the device ( 22 ) for controlling the stator current and the step frequency determined according to a predetermined speed.

2. Electric actuator according to claim 1, characterized in that the control device ( 22 ) has means ( 34 ) to increase the stator current until the execution of a step by the device ( 4 ) for bearing detection is reported.

3. Electric actuator according to claim 2, there characterized in that the Stator current is increased in a ramp.

4. Electric actuator according to claim 3, there characterized in that the Ramp shape of the stator current with respect to its initial value and its slope is adjustable.

5. Electric actuator according to one of claims 1 to 4, characterized, that means are available to short the stator winding close.

6. Electric actuator according to claim 5, characterized in that the control device ( 22 ) activates a signal ( 25 ) for short-circuiting the stator winding after leaving a rest area until the next step.

7. Electric actuator according to one of claims 1 to 6, characterized in that the control device ( 22 ) can be switched between two operating modes, so that

- In low speeds, the brushless DC motor ( 3 ) gradually, through the clock ( 23 ) controls ge, and
- Is operated at higher speeds with a rotating field generated in phase by a 3-phase bridge.

8. Electric actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the control device ( 22 ) holds a microprocessor ent.