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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen elektromechanischen Wandler, der zwei Rotoren mit Permanentmagneten
umfaßt.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Motorbaueinheit,
die zwei Rotoren mit Permanentmagneten umfaßt, wobei diese Motorbaueinheit
einen ebenen Aufbau hat. Die Motorbaueinheit gemäß der Erfindung kann insbesondere
in Anwendungen auf Uhren verwendet werden.
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Aus dem Dokument
EP 0 698 957 ist ein elektromechanischer
Wandler, der zwei Rotoren umfaßt,
bekannt. Dieser Wandler ist durch zwei zweiphasige Motoren gebildet,
die im selben Stator angeordnet sind und eine Spule gemeinsam haben.
Er weist einen Stator auf, der durch zwei longitudinale Teile gebildet
ist, die durch fünf
Kerne magnetisch verbunden sind, wobei jedes der zwei Löcher im
Stator für
die beiden Rotoren durch drei Statorpole definiert ist. Dieser Wandler
ermöglicht,
die beiden Rotoren unabhängig
zu steuern, er hat jedoch einen hohen Platzbedarf, außerdem dienen
die drei vorgesehenen Spulen einzig der Speisung des Wandlers für einen
schrittweisen Antrieb der beiden Rotoren.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung
ist es, einen elektromechanischen Wandler zu schaffen, der im selben
kompakten Aufbau zwei Rotoren mit Permanentmagnet umfaßt, die
unabhängig
voneinander entweder in einer Schrittbetriebsart oder in einer schnellen
Betriebsart oder Dauerbetriebsart gesteuert werden können.
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Ein besonderes Ziel der vorliegenden
Erfindung ist es, einen solchen elektromechanischen Wandler zu schalten,
der eine große
Zuverlässigkeit aufweist,
wenn der eine oder der andere der beiden Rotoren in der schnellen
Betriebsart oder Dauerbetriebsart arbeitet.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung ist es, einen elektromechanischen Wandler des obenerwähnten Typs
zu schaffen, bei dem sich jeder der beiden Rotoren zuverlässig in
seinen beiden Drehrichtungen drehen kann.
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Unter Betriebszuverlässigkeit
wird insbesondere die Tatsache verstanden, daß der gesteuerte Rotor wahlweise
die durch den Befehl vorgesehene Anzahl von Schritten oder Umdrehungen
in einer vorgegebenen Richtung ausführt.
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Hierzu betrifft die vorliegende Erfindung
einen elektromechanischen Wandler, der einen Stator und erste und
zweite Rotoren, die erste und zweite bipolare Permanentmagneten
mit radialer Magnetisierung aufweisen, umfaßt, wobei der Stator erste und
zweite Statorlöcher
definiert, in denen sich die ersten bzw. zweiten Permanentmagneten
befinden. Dieser Stator umfaßt
einen ersten Teil, der erste, zweite und dritte Magnetpole definiert,
wobei die ersten und zweiten Magnetpole zusammen das erste Statorloch
definieren und die zweiten und dritten Magnetpole zusammen das zweite
Statorloch definieren. Die ersten, zweiten und dritten Magnetpole
sind mit den ersten Enden von ersten, zweiten bzw. dritten Magnetkernen
verbunden, die erste, zweite bzw. dritte Spulen tragen, wobei ein
zweiter Teil des Stators, der dem Schließen der Magnetkreise des Wandlers dient,
mit den zweiten Enden der ersten, zweiten bzw. dritten Magnetkerne
verbunden ist, wobei die ersten und zweiten Statorteile nur über diese
Magnetkerne magnetisch verbunden sind und wobei die Spulen gespeist
werden können,
um die ersten und zweiten Rotoren unabhängig entweder in einer Schrittbetriebsart
oder in einer schnellen Betriebsart oder Dauerbetriebsart zu steuern.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform
sind die erste und die dritte Spule mit Speisungsmitteln verbunden,
die so beschalten sind, daß sie
diese erste und dritte Spule in der Weise speisen, daß sie den ersten
bzw. den zweiten Rotor rotatorisch antreiben. Die zweite Spule ist
mit Mitteln zur Erfassung der Rotation des ersten Rotors oder des
zweiten Rotors verbunden. In einer bevorzugten Abwandlung sind die Erfassungsmittel
so beschalten, daß sie
die Nulldurchgänge
der in der zweiten Spule induzierten Spannung erfassen, wenn der
erste und der zweite Rotor wahlweise in einer schnellen oder einer
Dauerbetriebsart durch die hierzu vorgesehenen Speisungsmittel betätigt werden,
wobei die Erfassungsmittel mit den Speisungsmitteln elektrisch verbunden sind,
an die sie ein Eingangssignal liefern können, wenn die in der zweiten
Spule induzierte Spannung durch null geht. Die Speisungsmittel sind
so beschalten, daß sie
die Polarität
der Speisespannung umkehren können,
wenn sie ein Eingangssignal empfangen.
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In einer zweiten Ausführungsform
des Wandlers gemäß der Erfindung
ist vorgesehen, daß die zweite
Spule wahlweise mit den Speisemitteln für den Empfang eines Speisestroms
oder mit den Mitteln zur Erfassung der Rotation des ersten Rotors oder
des zweiten Rotors, die wahlweise betätigt werden, verbunden werden
kann.
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In einer bevorzugten Abwandlung dieser zweiten
Ausführungsform
ist vorgesehen, daß die zweite
Spule je nachdem, ob der erste oder der zweite Rotor in einer Schrittbetriebsart
rotatorisch betätigt wird,
mit der ersten oder mit der dritten Spule elektrisch in Reihe oder
parallel verbunden ist und mit dem obengenannten Erfassungsmitteln
verbunden wird, wenn eine schnelle Betriebstart oder Dauerbetriebsart
aktiviert ist.
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Die vorliegende Erfindung wird im
folgenden genauer anhand der folgenden Beschreibung beschrieben,
die mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen gegeben wird, die ohne jegliche Beschränkung beispielhaft
gegeben sind und worin:
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– 1 eine schematische Draufsicht eines elektromechanischen
Wandlers gemäß der Erfindung
ist, der mit zwei unabhängigen,
koaxialen beweglichen Elementen gekoppelt ist;
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– 2 eine Schnittansicht längs der
Linie II-II der 1 und 16 ist;
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– 3 eine Draufsicht eines ersten Teils des
Stators des Wandlers nach 1 ist,
wobei die Permanentmagneten der beiden Rotoren des Wandlers schematisch
dargestellt sind;
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– die 4, 5 und 6 den
Speisestrom in eine ausgewählte
Speisespule, die in einer Erfassungsspule induzierte Spannung in
Abhängigkeit
von der Zeit bzw. die Geschwindigkeit der Winkeldrehung des angetriebenen
Rotors in Abhängigkeit
vom Drehwinkel in einer schnellen Betriebstart oder Dauerbetriebsart
in Vorwärtsrichtung
schematisch zeigen;
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– die 7, 8 und 9 den
Speisestrom in einer ausgewählten
Speisespule, die in einer Erfassungsspule induzierte Spannung in
Abhängigkeit
von der Zeit und die Geschwindigkeit der Winkeldrehung des angetriebenen
Rotors in Abhängigkeit
vom Drehwinkel in einer schnellen Betriebsart oder Dauerbetriebsart
in Rückwärtsrichtung
schematisch zeigen;
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– die 10, 11 und 12 die
gleichen Variablen wie jene der 7, 8 bzw. 9 zeigen, jedoch im Fall
eines Befehls für
zwei Rückwärtsschritte
in der schnellen Betriebsart, die zu einem zusätzlichen Drehschritt des Rotors
geführt
hat;
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– die 13, 14 und 15 die
gleichen Variablen wie jene der 10, 11 bzw. 12 zeigen, ebenfalls für einen
Befehl für
zwei Rückwärtsschritte
in einer schnellen Betriebsart, für die die vorgesehene Anzahl
der Schritte des Rotors korrekt ausgeführt worden ist; und
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– 16 eine schematische Draufsicht einer zweiten
Ausführungsform eines
elektromechanischen Wandlers gemäß der Erfindung
ist.
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Mit Hilfe der 1 bis 3 wird
im folgenden eine erste Ausführungsform
eines elektromechanischen Wandlers gemäß der Erfindung beschrieben. In
dieser Ausführungsform
ist vorgesehen, daß der Wandler
als Motor arbeitet.
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Der Wandler umfaßt einen Stator 2 und
zwei Rotoren 4 und 6, die sich jeweils in einem
von zwei Drehkäfigen 8 bzw. 10 befinden,
die jeweils in einer von zwei Statoröffnungen oder -löchern 12 bzw. 14 angebracht
sind, die durch einen ersten Statorteil 16 definiert sind.
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Der Stator 2 umfaßt außerdem drei
Magnetkerne 18, 19 und 20, die drei Spulen 22, 23 bzw. 24 tragen,
sowie einen zweiten Statorteil 26, der zum Schließen der
Magnetkreise oder -pfade des hier beschriebenen Wandlers dient.
Der erste Statorteil 16 definiert einen ersten, einen zweiten
und einen dritten Magnetpol 28, 29 bzw. 30.
Der Magnetpol 28 ist mit dem ersten Ende 18a des
Magnetkerns 18 magnetisch verbunden, während die Magnetpole 29 und 30 mit
dem jeweiligen ersten Ende 19a bzw. 20a der Magnetkerne 19 bzw.
20 verbunden sind. Die zweiten Enden 18b, 19b und 20b der
jeweiligen Kerne 18, 19 bzw. 20 sind
mit dem zweiten Statorteil 26 magnetisch verbunden.
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Der erste und der zweite Magnetpol 28 bzw. 29 sind
voneinander durch zwei Engstellen 32 bzw. 33,
die Zonen mit hoher Reluktanz bilden, magnetisch isoliert, während der
zweite und der dritte Magnetpol 29 bzw. 30 voneinander
durch zwei Engstellen 34 und 35, die Zonen mit
hoher Reluktanz bilden, magnetisch isoliert sind. Zwei Positionierungskerben 36 und 37 bzw. 38 und 39 sind
am Rand der Statoröffnung 12 bzw.
der Statoröffnung 14 vorgesehen.
Die beiden Engstellen 32 und 33 definieren eine
erste Nullkopplungsrichtung 40 zwischen der Spule 22 und dem
Permanentmagneten 42 des Rotors 4. Ebenso definieren
die Engstellen 34 und 35 eine zweite Nullkopplungsrichtung 44 zwischen
der Spule 24 und dem Permanentmagneten 46 des
Rotors 6.
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Es wird angemerkt, daß die Permanentmagneten 42 und 46 bipolare
Magneten mit radialer Magnetisierung sind, wobei sich diese Magneten
jeweils in Statorlöchern 12 bzw. 14 befinden.
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Der Rotor 4 ist mit einem
ersten beweglichen Element 50, das mit einem ersten Zeiger 52 fest
verbunden ist, gekoppelt, während
der zweite Rotor 6 mit einem zweiten beweglichen Element 54 fest
verbunden ist, das zum beweglichen Element 50 koaxial ist
und seinerseits mit einem Zeiger 56 fest verbunden ist.
Es wird angemerkt, daß die
beweglichen Elemente 50 und 54 beiderseits des
ersten Statorteils 16 angeordnet sind. Außerdem besitzen
die beweglichen Elemente 50 und 54 gleiche Durchmesser.
Das bewegliche Element 54 ist mit dem Zeiger 56 mittels einer
Welle 58 verbunden, die sich in einem Rohr 60, das
mit dem Stator 2 fest verbunden ist, frei drehen kann.
Diese besondere Anordnung ermöglicht
somit einen unabhängigen
Antrieb der Zeiger 52 und 56, die rotatorisch
koaxial sind.
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Die Kerben 36 und 37 definieren
eine erste Minimalenergierichtung 64 für den Permanentmagneten 42,
während
die Kerben 38 und 39 eine zweite Minimalenergierichtung 66 für den Permanentmagneten 46 definieren.
Die erste Nullkopplungsrichtung 40 und die erste Nullenergierichtung 64 bzw.
die zweite Nullkopplungsrichtung 44 und die zweite Minimalenergierichtung 66 weisen
eine von null verschiedene Winkelverschiebung α auf. Es
wird angemerkt, daß der
Winkel ß zwischen der durch die Engstellen 32 und 33 definierten
geometrischen Richtung 34 bzw. 35 und der durch
die Kerben 36 und 37 definierten geometrischen
Richtung 38 bzw. 39 einen Wert hat, der im wesentlichen
gleich dem Winkel ? ist. In der hier beschriebenen Ausführungsform
ist der Wert des Winkels ? etwas kleiner als jener des Winkels β.
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Die Spulen 22 und 24 sind
mit Speisemitteln 70 verbunden, während die Spule 23 mit
Mitteln 72 für
die Erfassung der Rotation des Rotors 5 oder des Rotors 6,
je nachdem, ob der eine oder der andere dieser Rotoren betätigt wird,
verbunden ist. Die Erfassungsmittel 72 sind mit den Speisemitteln 70 elektrisch
verbunden, um den Durchgang elektrischer Signale zwischen den Erfassungsmitteln 72 und
den Speisemitteln 70 zu ermöglichen, was in 1 durch die elektrische
Verbindungslinie 74 schematisch angegeben ist.
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Nun wird die Funktionsweise des vorher
beschriebenen Wandlers und die Weise, in der dieser Wandler gesteuert
wird, genauer beschrieben. Die erste Betriebsart ist die Schrittbetriebsart
in Vorwärtsdrehrichtung
des einen oder des anderen dieser zwei Rotoren 4 bzw. 6.
Die zweite Betriebsart ist die Schrittbetriebsart in Rückwärtsdrehrichtung
des einen oder des anderen der zwei Rotoren 4 bzw. 6. Die dritte
Betriebsart ist eine schnelle Betriebsart oder Dauerbetriebsart
(die auch schnelle Betriebsart genannt wird) in Vorwärtsdrehrichtung
des einen oder des anderen der zwei Rotoren 4 und 6.
Die vierte Betriebsart ist die schnelle Betriebsart oder Dauerbetriebsart
in Rückwärtsdrehrichtung
des einen oder des anderen der Rotoren 4 und 6.
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Die Vorwärts- und die Rückwärtsdrehrichtung
des Rotors 4 bzw. 6 sind durch den Aufbau des obenbeschriebenen
Wandlers definiert. In der hier be schriebenen Ausführungsform
entspricht die Vorwärtsrichtung
einer positiven Drehrichtung, d. h. einer Richtung im Gegenuhrzeigersinn.
Folglich ist die Rückwärtsdrehrichtung
eine negative Drehrichtung, die der Drehung im Uhrzeigersinn entspricht.
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Der Aufbau des obenbeschriebenen
Wandlers ermöglicht,
den einen oder den anderen der zwei Rotoren in einer Schrittbetriebsart
mit Hilfe eines einzigen Impulses, der von der entsprechenden Speisespule
geliefert wird, voreilen zu lassen, während die Ausführung eines
Ausgleichs dieses Rotors notwendig ist, um ihn in der Rückwärtsdrehrichtung
anzutreiben, was im allgemeinen eine Speisung in Form von drei aufeinanderfolgenden
Impulsen erfordert, wie in der folgenden Beschreibung genauer beschrieben wird.
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In der Vorwärtsschrittbetriebsart wird
die Spule 22 in bekannter Weise mit aufeinanderfolgenden
Impulsen mit wechselnder Polarität
gespeist, um den Rotor 4 rotatorisch anzutreiben. Um den
Rotor 6 rotatorisch anzutreiben, wird die Spule 24 in ähnlicher
Weise gespeist.
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Gemäß einer Ausführungsvariante
werden die Spule 23 und die Erfassungsmittel 72 in
dieser Betriebsart nicht verwendet. In einer weiteren Abwandlung
sind die Erfassungsmittel 72 so beschaffen, daß sie ein
in der Spule 23 induziertes Spannungssignal analysieren,
wenn sich der wahlweise betätigte
Rotor 4 oder 6 dreht. Die Analyse des obengenannten
induzierten Spannungssignals erfolgt in der Weise, daß das Verhalten
des Permanentmagneten des betätigten
Rotors bei jedem Schritt bestimmt wird, um festzustellen, ob die
Drehung stattgefunden hat oder ob es wahrscheinlich ist, daß sie nicht
stattgefunden hat. Der Fachmann weiß, wie eine solche Analyse
mit Hilfe von der Speisespule zugeordneten Erφassungsmitteln
auszuführen
ist. Im vorliegenden Fall erfolgt die Analyse an einem induziertem
Spannungssignal (oder einem induzierten Stromsignal), das durch
eine Hilfsspule, nämlich
durch die Spule 23, erhalten wird. Die Anordnung und der
elektronische Entwurf der Erfassungsmittel 72 für die Ausführung der
hier genannten Analyse sind jedoch jenen ähnlich, die dem obenerwähnten Fachmann
bekannt sind.
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Die 4 und 6 beschreiben schematisch die
Funktionsweise des Wandlers in einer schnellen Betriebsart oder
Dauerbetriebsart in Vorwärtsrichtung.
Wie bereits erwähnt
worden ist, wird der Rotor 4 in Vorwärtsdrehrichtung durch eine
Folge von Impulsen mit wechselnder Polarität angetrieben, wobei jeder
dieser Impulse den Rotor um einen Schritt rotatorisch antreibt,
im vorliegenden Fall um einen Winkel von 180°. Im folgenden wird die Funktionsweise
des Wandlers in der schnellen Betriebsart oder Dauerbetriebsart
in Vorwärtsrichtung
für den
Rotor 4 beschrieben, wobei der Antrieb des Rotors 6 in
dieser Betriebsart völlig
gleich ist, indem die Speisespule 24 anstelle der Speisespule 22 verwendet
wird.
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In 4 ist
der Speisestrom I22, der von den Speisemitteln 70 zur Spule 22 geliefert
wird, gezeigt. Unter Speisestrom wird der Strom verstanden, der als
Folge der an die Spule angelegten Speisespannung in dieser Spule
fließt.
Dieser Speisestrom besitzt eine Folge von Impulsen 76 mit
wechselnder Polarität
und im wesentlichen ähnlicher
Form. 5 zeigt die induzierte
Spannung U23 (oder in äquivalenter
Weise den induzierten Strom I23) in der Spule 23 in Abhängigkeit
von der Zeit. Erfindungsgemäß wird die
Polarität
der Speisespannung jedesmal umgekehrt, wenn die induzierte Spannung
U23 (oder der induzierte Strom I23) den Wert null hat, was eine Umkehrung
der Polarität
des Speisestroms I22 zur Folge hat. Dadurch ist sichergestellt,
daß die
Folge von Impulsen 76 des Speisestroms I22 relativ optimal ist,
um sicher und wirksam einen schnellen oder ununterbrochenen Lauf
zu gewährleisten.
Der Nulldurchgang der induzierten Spannung U23 entspricht nämlich im
wesentlichen einer Ausrichtung der Magnetisierungsachse 78 des
Permanentmagneten 42 auf die Nullkopplungsrichtung 40.
Wie aus 3 hervorgeht,
ermöglicht
eine solche Steuerung, daß sichergestellt
wird, daß der
Rotor 42 sich um mehr als 90° gedreht hat und daß er die
durch die Kerben 36 und 37 definierte geometrische
Achse durchquert hat. Somit ist sichergestellt, daß jeder
Impuls den Rotor 4 um einen Schritt antreibt; d. h. um
einen Winkel von 180°.
Anschließend
wird die Änderung
der Polarität
der Speisespannung im wesentlichen bewirkt, nachdem die Magnetisierungsachse 78 des
Permanentmagneten 42 auf die Minimalenergierichtung 64 ausgerichtet
wurde. Dadurch ist eine ununterbrochene oder nahezu ununterbrochene
Drehung des Rotors 4 in zuverlässiger und homogener Weise
gewährleistet,
was außerdem
ermöglicht,
den Stromverbrauch zu verringern und die Leistung des Wandlers gemäß der Erfindung
zu erhöhen,
wenn er in der schnellen Betriebsart oder Dauerbetriebsart arbeitet.
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Die gleiche Analyse findet auf den
Permanentmagneten 46 Anwendung, dessen Magnetisierungsrichtung
durch den Pfeil 80 gezeigt ist.
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In 6 ist
die Geschwindigkeit der Winkeldrehung des Rotors 4 und
daher des Permanentmagneten 42, der mit ihm fest verbunden
ist, in Abhängigkeit
von der Winkelposition θ dieses
Rotors 4 bei einer schnellen oder ununterbroche nen Vorwärtsbewegung
gezeigt. Die von dem Erfinder gemessene Kurve, die in 6 gezeigt ist, zeigt, daß die Drehung
in kontinuierlicher Weise mit quasikonstanter Geschwindigkeit erfolgt,
was aus energetischen Gründen
und aus Gründen
der Schnelligkeit vorteilhaft ist, insbesondere für den Antriebs
eine Uhrzeigers, und um das mit der Motorbaueinheit gemäß der Erfindung
ausgerüstete
Produkt attraktiv zu machen.
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Dem Fachmann ist bekannt, daß in einer Rückwärtsschrittbetriebsart
im Fall eines einfachen einphasigen Motors mit einem Rotor eine
Drehung in Rückwärtsrichtung
durch eine sogenannte Ausgleichstechnik erhalten werden kann, die
eine Speisung in Form von drei aufeinanderfolgenden Impulsen erfordert.
Der erste Speiseimpuls dient dazu, den Rotor über eine Winkelbahn von weniger
als 90° in positiver
Richtung anzutreiben. Anschließend
wird ein zweiter Speiseimpuls mit einer entgegengesetzten Polarität geliefert,
der somit einen Antrieb in der Rückwärtsdrehrichtung
ermöglicht.
Schließlich
wird ein dritter Speiseimpuls mit einer Polarität, die mit jener des ersten
Impulses übereinstimmt,
an die Speisespule geliefert, um den Durchgang um einen Schritt
in Rückwärtsrichtung
sicherzustellen.
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In dieser Schrittbetriebsart in Rückwärtsrichtung
kann die mit den Erfassungsmitteln 72 verbundene Spule 23 vorteilhaft
verwendet werden, um das Ende des zweiten Impulses und gleichermaßen den Beginn
des dritten Impulses zu bestimmen. Es wird angemerkt, daß es aus
Gründen
der Zuverlässigkeit des
Antriebs in Rückwärtsdrehrichtung
vorteilhaft ist, daß der
zweite Impuls eine ausreichende Dauer besitzt, damit die Magnetisierungsrichtung
des Permanentmagneten des ausgewählten
Rotors die obengenannte Nullkopplungsrichtung überquert, und nicht zu lang
ist, d. h., daß die
Dauer des zweiten Impulses nicht so lang ist, daß sich die Magnetisierungsachse des
Permanentmagneten des ausgewählten
Rotors in quasistatischer Weise auf die obengenannte Nullkopplungsrichtung
ausrichten kann. Um diese Bedingungen korrekt zu erfüllen, ist
in einer Ausführungsvariante
erfindungsgemäß vorgesehen,
den Nulldurchgang der induzierten Spannung in der Spule 23 während der
Zeitperiode, in der der zweite Speiseimpuls durch die Speisemittel 70 erzeugt
wird, zu erfassen. Wenn die in der Spule 23 induzierte
Spannung während
der obengenannten Periode durch null geht, wird die Speisespannung
umgekehrt, was den zweiten Impuls beendet, um den obengenannten
dritten Impuls zu erzeugen. Dadurch ist die schrittweise Drehung
in Rückwärtsrichtung
des einen oder des anderen der Rotoren 4 bzw. 6 sicherge stellt.
Es sei erwähnt,
daß aus
Gründen
erhöhter
Sicherheit jeder Nulldurchgang der induzierten Spannung während einer
Periode, die etwa gleich der doppelten Dauer des ersten Impulses
ist und ab dem Beginn des ersten Impulses gezählt wird, ohne Einfluß auf die
Steuerung der Speisung der Speisespulen 22 oder 24 bleibt.
Die Verzögerung
und die Beschleunigung des Permanentmagneten des angetriebenen Rotors
und insbesondere die Drehrichtungsänderung infolge des Endes des
ersten Impulses können
nämlich
einen Nulldurchgang der induzierten Spannung in der Spule 23 hervorrufen.
Um daher diese Möglichkeit
zu vermeiden, ist ein anfängliches
Zeitfenster vorgesehen, in dem die Mittel zur Erfassung der Nulldurchgänge der
induzierten Spannung inaktiv sind.
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In den 7 bis 9 ist eine schnelle Betriebsart
oder Dauerbetriebsart in Rückwärtsrichtung
des einen oder des anderen der beiden Rotoren 4 bzw. 6, die
wahlweise betätigt
werden, schematisch gezeigt. Erneut wird aus Gründen der Vereinfachung der
Antrieb des Rotors 4 in dieser schnellen Betriebsart oder
Dauerbetriebsart in Rückwärtsrichtung
betrachtet, wobei der Antrieb des Rotors 6 ähnlich ist,
indem statt der Speisespule 22 die Speisespule 24 betrachtet
wird.
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In 7 ist
der Speisestrom I22 in Abhängigkeit
von der Zeit gezeigt, während
in 8 die induzierte
Spannung U23 (oder in äquivalenter
Weise der induzierte Strom I23) in der Spule 23 in
Abhängigkeit von
der Zeit gezeigt ist. Der Strom I22 weist eine Folge von Impulsen
mit wechselnder Polarität
auf. Hier werden der erste Impuls 78 und der letzte Impuls 80 von
den Zwischenimpulsen 82 unterschieden. In einer der Schrittbetriebsart
in Rückwärtsrichtung ähnlichen
Weise ist der erste Impuls 78 ein Ausgleichsimpuls, der
den Rotor in Vorwärtsrichtung
antreibt. Die Dauer des Impulses 78 ist fest und in der
Weise bestimmt, daß der
Antrieb in Vorwärtsrichtung
keine Vorwärtsbewegung
um einen Schritt nach vorn des Rotors zur Folge hat, was zur Folge
hätte,
daß der Rotor
in Vorwärtsrichtung
angetrieben würde,
anstatt in der gewünschten
Rückwärtsrichtung
angetrieben zu werden.
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Der Fachmann kennt dieses Problem
und weiß,
wie die Dauer des Impulses 78 bestimmt wird, und kennt
die Bedingungen seiner Anwendung, insbesondere bei einem Impuls
des zerhackten Typs, um den gewünschten
Ausgleich und den Betrieb in Rückwärtsrichtung
des betätigten
Rotors zu gewährleisten.
Nach diesem ersten Impuls 78 wird eine Folge 82 von
Impulsen mit wechselnder Polarität
zur Speisespule 22 geschickt. Die Dauer jedes der Zwischenimpulse 82 ist durch
den Nulldurchgang der induzierten Spannung in der Spule 23 bestimmt,
wie in den 7 und 8 gezeigt ist. Die Umkehrung
der Polarität
der Speisespannung in dem Fall, in dem die in der Spule 23 induzierte
Spannung durch null geht, ist gemäß der vorliegenden Erfindung
aus Gründen
vorgesehen, die zu jenen äquivalent
sind, die oben für den
schnellen Betrieb oder Dauerbetrieb in Vorwärtsrichtung angegeben wurden.
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Falls in einer schnellen Betriebsart
oder Dauerbetriebsart in Vorwärtsrichtung
wie oben beschrieben die gewünschte
Anzahl der Schritte korrekt und in sicherer Weise bei einem letzten
Impuls mit einer Länge,
die im wesentlichen zu dem vorhergehenden Impuls äquivalent
ist, erhalten wird, hat der Erfinder festgestellt, daß dies bei
einem schnellen Betrieb oder Dauerbetrieb in Rückwärtsrichtung nicht das gleiche
ist. Dies kommt daher, daß in
Vorwärtsdrehrichtung
der Permanentmagnet infolge des letzten Impulses einer Drehung von
mehr als 90° unterworfen
werden müßte, um
einen zusätzlichen
Drehschritt auszuführen,
was nicht geschieht, sofern er am Ende des letzten Impulses nicht
bereits die endgültige
Minimalenergierichtung überquert
hat. Hingegen kann in der Rückwärtsdrehrichtung
ein letzter Impuls mit einer Dauer, die im wesentlichen zu jener
des ihm vorhergehenden Impulses äquivalent
ist, den Permanentmagneten über
die vorgesehene endgültige
Minimalenergieposition hinaus antreiben, wobei der Winkel, der zu
durchlaufen bleibt, um einen zusätzlichen
Schritt auszuführen,
kleiner als 90° bleibt.
Somit ist die Dauer des letzten Impulses 80, der von den Speisemitteln
zur Speisespule geliefert wird, größer als die Dauer des Impulses,
der ihm vorhergeht. Dies wird im folgenden mit Hilfe der 10 bis 15 im einzelnen erläutert.
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In 9 ist
die Winkelgeschwindigkeit Vr des betätigten Rotors in Abhängigkeit
von der Winkelposition θ dieses
Rotors gezeigt. Es wird daran erinnert, daß die Rückwärtsdrehrichtung einer negativen
Drehrichtung entspricht. Somit geht in 9 der betätigte Rotor von der Winkelposition θ1 aus. Wie vorher
erläutert
worden ist, ist in 1 ersichtlich, daß sich der
Rotor zuerst in einer positiven Richtung über einen ersten Teil 84 der
Kurve dreht, dann in einer negativen Drehrichtung über einen
zweiten Teil 86 dieser Kurve dreht. Am Ende der Drehung,
das dem letzten Teil 88 der in 9 gezeigten Kurve entspricht, unterliegt
der Rotor einer Oszillation. Wie im Teil 88 der Kurve von 9 ersichtlich ist, ist der
letzte Impuls 80 verhältnismäßig lang,
wobei der Rotor zunächst
an einer ersten Position 82 anhält, die der vorher beschriebenen
Nullkopplungsrichtung entspricht, wobei der Rotor dann am Ende des
letzten Impulses 80 in seine end gültige Position θ3 gelangt, die
der obenerwähnten
Minimalenergierichtung entspricht.
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Mit Hilfe der 10 bis 15 werden
das Problem des letzten zusätzlichen
Schrittes bei einem schnellen Betrieb oder Dauerbetrieb in Rückwärtsrichtung
und die von der vorliegenden Endung vorgeschlagene Lösung wie
oben bereits erwähnt
beschrieben.
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Die 10 bis 12 beschreiben dieselben
Variablen wie die 7 bis 9. Aus Gründen der Vereinfachung wird
hier nur der Befehl für
zwei Schritte in der schnellen Rückwärtsbetriebsart
beschrieben. Wie aus den 10 und 11 hervorgeht, wird der letzte
Impuls 80' ebenfalls
durch den Nulldurchgang der induzierten Spannung U23 beendet. Somit
ist die Dauer des Impulses 80' im wesentlichen gleich der Dauer
des Impulses 82, der ihm vorhergeht. Es wird angemerkt,
daß der
induzierte Bremsstrom 84 in den momentanen Betrachtungen
ohne Bedeutung ist. Ein Speisebefehl gemäß den 10 und 11 führt zum Durchlaufen
eines nicht vorgesehenen zusätzlichen Schrittes,
wie aus der Analyse der 12 deutlich hervorgeht.
Der Endabschnitt 88' der
gezeigten Kurve beschreibt nämlich
keine Oszillation des Rotors mit einer Rückkehr in die vorgesehene Endposition θ3, statt
dessen ist die Endposition des Rotors durch θ4 gegeben, die einer zusätzlichen
Drehung um 180° entspricht.
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Um den obengenannten Hauptnachteil
zu beseitigen, ist gemäß der Erfindung
vorgesehen, die Dauer des letzten Impulses zu erhöhen, was
dazu führt,
ein korrektes Verhalten des Rotors zu gewährleisten, der exakt die gewünschte Anzahl
von Drehschritten ausführt.
Erneut stimmen die in den 13 bis 15 gezeigten Variablen mit
jenen, die in den 7 bis 9 gezeigt ist, überein.
Die bereits beschriebenen Bezugszeichen werden hier nicht erneut
beschrieben.
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Wie in 13 schematisch
gezeigt ist, weist der letzte Speiseimpuls 80 eine Dauer
auf, die im wesentlichen doppelt so groß wie jene des Impulses 82 ist,
der ihm vorhergeht, wobei die Dauer des letzten Impulses 80 in
der Steuerung des Wandlers, die in den Speisemitteln 70 enthalten
ist, fest ist. Die Analyse der Kurve von 15, die sich aus der Speisung gemäß den 13 und 14 ergibt, zeigt, daß nur zwei Schritte um 180° ausgeführt worden
sind, wobei der Rotor seine Drehung an der gewünschten Winkelposition θ3 beendet.
Es wird angemerkt, daß im
Gegensatz zu 9 der Rotor
nicht an einer Stelle anhält, an
der die Magnetisierungsachse auf die Nullkopplungsrichtung, die
in 9 θ2 entspricht,
ausgerichtet ist.
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Gemäß der Analyse der Ergebnisse,
die vom Erfinder gewonnen wurden, reicht eine Dauer des letzten
Impulses 80, die gleich der 1,5fachen Dauer des vorhergehenden
Impulses ist, für
ein korrektes Verhalten des Rotors am Ende der Drehung aus. Indessen
wird aus Sicherheitsgründen
in einer bevorzugten Abwandlung der Ausführungsform vorgeschlagen, daß die Dauer
des letzten Impulses 80 wenigstens gleich doppelt so lang
wie die Dauer des ihm vorhergehenden Impulses 82 ist.
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Nun wird mit Hilfe von 16 im folgenden eine zweite
Ausführungsform
eines Wandlers gemäß der Erfindung
beschrieben. Die bereits mit Hilfe der 1 bis 3 beschriebenen
Bezugszeichen werden hier nicht erneut im einzelnen beschrieben.
Der Wandler gemäß der zweiten
Ausführungsform
unterscheidet sich von jenem der ersten Ausführungsform, die bereits beschrieben
worden ist, dadurch, daß die Spule 23,
die dem Magnetpol 29 zugeordnet ist, der den beiden Rotoren 4 und 6 gemeinsam
ist, mit Hilfe eines Umschalters 90, der in 16 schematisch gezeigt ist,
wahlweise mit den Speisemitteln 70 oder mit den Erfassungsmitteln 72 verbunden
werden kann.
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In einer Abwandlung ist vorgesehen,
die zweite Spule mit den Speisemitteln 70 zu verbinden, wenn
eine Schrittbetriebsart in Vonnrärtsrichtung
vorgesehen ist. In einer ersten Abwandlung ist die Spule 23 entweder
mit der Speisespule 22 oder mit der Speisespule 24 parallelgeschaltet,
je nachdem, ob wahlweise der Rotor 4 oder 6 betätigt wird,
während die
Speisespule 24 bzw. 22, die nicht gespeist wird, kurzgeschlossen
ist. In einer zweiten Abwandlung ist die Spule 23 entweder
mit der Spule 22 oder mit der Spule 24 in Reihe
geschaltet, je nachdem, ob wahlweise der Rotor 4 oder der
Rotor 6 betätigt
wird, während
die nicht gespeiste Speisespule 24 oder 22 kurzgeschlossen
ist. Somit ist es möglich,
die Spule 23 im Speisebetrieb zu verwenden, um entweder
den Rotor 4 oder den Rotor 6 rotatorisch anzutreiben.
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In einer Schrittbetriebsart in Rückwärtsdrehrichtung
ist es möglich,
die Spule 23 mit den Speisemitteln 70 zu verbinden
und in einer anderen Abwandlung die Spule 23 mit den Erfassungsmitteln 72 zu
verbinden, um die Spule 23 und diese Erfassungsmittel 72 in ähnlicher
Weise wie oben für
die erste Ausführungsform
beschrieben in einer Schrittbetriebsart in Rückwärtsrichtung zu verwenden.
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In einer schnellen Betriebsart oder
Dauerbetriebsart ist die Spule 23 mit den Erfassungsmitteln 72 verbunden
und hat eine Aufgabe, die zu jener, die in der ersten Ausführungsform
für die
schnelle Betriebsart oder Dauerbetriebsart in Vor wärts- oder Rückwärtsrichtung
beschrieben worden ist, äquivalent
ist.
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Schließlich sei erwähnt, daß selbstverständlich die
Erfassungsmittel 72 so beschaffen sind, daß sie an
die Speisemittel 70 Eingangssignale und insbesondere ein
Eingangssignal liefern, wenn die in der Spule 23 induzierte
Spannung durch null geht. Die Erfassungsmittel 72 sind
nicht auf die Erfassung des Nulldurchgangs der induzierten Spannung
(oder des induzierten Stroms) in der Spule 23 eingeschränkt, sondern
können
auch die Erfassung anderer Informationen bezüglich dieser induzierten Spannung oder
dieses induzierten Stroms ermöglichen,
was insbesondere für
die Erfassung von ausgelassenen Schritten der Fall ist.