DE2742932B2 - Schrittweise betriebener kollektorloser Gleichstrommotor mit einem Permanentmagnetläufer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen schrittweise betriebenen kollektorlosen Gleichstrommotor mit

ίο einem Permanentmagnetläufer, mit einem Ständer, in dem mehrere in Stern geschaltete Wicklungsstränge angeordnet sind, die läuferstellungsabhängig nacheinander über eine eine Auswahlschaltung enthaltende Steuerschaltung an eine Gleichstromquelle schaltbar sind.

Ein derartiger Gleichstrommotor ist aus der DE-OS 20 03 896 bekannt Beim Einsatz eines solchen Motors als Schrittmotor muß eier Läufer in einer vorgegebenen Position angehalten werden. Hierfür wird die Kommutierungsreihenfolge unterbrochen und lediglich die gewünschte Wicklungsachse unter Stromfluß gehalten. Der Permanentmagnetläufer stellt sich dann in Richtung der bestromten Wicklungsachse ein. Allerdings erreicht er die vorgegebene Rastposition erst nach einem längeren Einschwingvorgang. Dieses Problem 1st in der erwähnten DE-OS 20 03 896 nicht angesprochen.

Aus der DE-AS 16 38 091 ist eine »Steuer- und Bremsschaltung für einen Schrittschaltmotor« bekannt, durch die der Motor in der vorgegebenen Rastposition

sicher und ohne Überschwingen zum Stillstand gebracht werden kann. Hierfür wird eine komplizierte elektronische Schaltung eingesetzt die dafür sorgt, daß während des letzten Schrittes, während dem der Läufer in die durch Bestromung eines Wicklungsstranges vorgegebene Rastposition einläuft, ein oder mehrere der restlichen WicWungsstränge mit einem Stromimpuls beaufschlagt werden, der ein Gegendrehmoment zur Abbremsung des Läufers erzeugt. Diese bekannte Bremsschaltung ist mil einem erheblichen schaltungstechnischen Aufwand verbunden.

Ferner ist aus der Siemens-Zeitschrift i966, Heft 9, Seiten 690 bis 693 bekannt, die in den stromlosen Wicklungssträngen durch die Rotation eines Permanentmagnetläufers induzierten EMKs über Auskoppeldioden auszukoppeln und zur Drehzahlregelung zu verwenden. Die ausgekoppelten EMKs dienen hierbei als Drehzahl-Istwert

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Gleichstrommotor der eingangs beschriebenen Art das Einschwingverhalten des Permanentmagnetläufers in der vorgegebenen Rastposition zu verbessern, wobei nur ein geringer Aufwand erforderlich sein soll.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei jedem Positioniervorgang durch eine eine Zeitstufe enthaltende Schaltungsanordnung die negative und/oder positive Spannungshalbwelle der in den Wicklungssträngen durch den Permanentmagnetläufer induzierten EMK ausgekoppelt und gegen den Sternpunkt der Wicklungsstränge kurzschließbar ist. Hierdurch wird mit geringem Aufwand das Einschwingverhalten des Permanentmagnetläufers in die vorgegebene Rastposition erheblich verbessert. Da die induzierte EMK das Bremsmoment liefert, entfällt die Belastung der äußeren Gleichstromquelle für das Abbremsen des Permanentmagnetläufers. Diese EMK und mit ihr das Bremsmoment verschwindet, wenn der Permanentmagnetläufer zur Ruhe gekommen ist. .Somit muß für das Bremsen keine äußere Energie eingespeist werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß als Zeitstufe eine nachtriggerbare Zeitstüfe vorgesehen ist, deren Triggereingang über eine erste logische Verknüpfungsschaltung an den Ausgang der Kommutierungssignale abgebenden Auswahlschaltung angeschlossen ist und daß der Ausgang der Zeitstufe und eine mit Spannungssignalen für die Betriebsarten »Laufen« und »Bremsen« beaufschlagte Leitung an eine zweite logische Verknüpfungsschaitung geführt sind, durch deren Ausgangssignal bei Anstehen to des eingangsseitigen Spannungssignals »Bremsen« der Kurzschluß während der Laufzeit der Zeitstufe erfolgt. Unter einer »nachtriggerbaren Zeitstufe« ist eine Zeitstufe zu verstehen, die bei jedem Eingang eines Triggerimpulses — also auch wenn sie unmittelbar vorher durch einen vorangehenden Triggerimpuls getriggert wurde — jeweils von neuem für die gesamte Laufzeh gesetzt wird.

Weitere vorteilhalte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den restlichen Unteransprüchen gekennzeichnet

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert

Die mit WX bis W4 bezeichneten Wicklungsstränge sind meinem Sternpunkt zusammengeschaltet und über die Kollektor-Emitter-Strecke einer hier nicht zu erörternden Reglerendstufe mit dem positiven Pol einer Gleichstromquelle verbunden. Mit ihrem anderen Wicklungsende sind -die Wicklungsstränge IV i bis WA über Dioden DS bis Ό9 mit der Kollektor-Emitter-Strecke von Leistungstransistoren TS bis TB verbunden. Die Emitter dieser Leistungstransistoren 7'5 bis TS sind zu einem Anschlußpunkt a zusammengefaßt und über einen Strommeßwiderstand R14 mit dem anderen Pol der Gleichstromquelle verbunden. Die Basen X1 bis X 4 der Leistungstransistoren TS bis Ti sind mit einer Auswahlschaltung verbunden, über welche die Leisiungstransistoren TS bis TS in zyklischer Reihenfolge ansteuerbar sind.

Bei kollektorlosen Gleichstrommotoren ohne Bremseinrichtung erreicht der Permanentmagnetläufer erst nach längerem Einschwingen die vorgegebene Rastposition. Um das Einschwingverhaken zu verbessern, wird erfindungsgemäß eine zeitabhängige elektrische Dämpfung vorgesehen. Hierzu wird eine Zeitstufe Vi benutzt.

Die Laufzeit der Zeitstufe Vl wird durch einen Widerstand R1 und einen Kondensator C1 vorgegeben. Während der Eingang A der Zeitsiufe V1 an Masse liegt, werden dem Triggereingang B der Zeitstufe Vl über eine NOSl-Stufe V2 die Kommutierungssignale der Auswahlschaltung AW zugeführt. Bei jedem Kommutierungssignal wird also die Zeitütufe Vl getriggert. Während der Drehbewegung des Gleichstrommotors wird die nachtriggerbare Zeitstufe Vl durch die Kommutierungssignale der Auswahlschaltung A W ständig getriggert, so daß in diesem Falle der Ausgang <?der Schaltstufe Vl Η-Signal führt. Bei einer Positionierung bleibt das letzte Kommutieriiingssignal der Auswahlschaltung A W stehen, so daß sich der Permanentmagnetläufer in Richtung der bes»tromten Wicklungsachse einstellen kann. Nach der durch Widerstand R 1 und Kondensator C1 vorgegebenen Laufzeit geht die Zeitstufe Vl in ihre Ausgangsstellung zurück, in der der Ausgang Q L-Signal erhält.

Der Ausgang Q der Zeitstufe Vl ist mit dem einen Eingang einer NAND-Stufe V3 verbunden. Dec andere Eingang der NAND-Stufe V3 ist mit einer Leitung L 1 verbunden, über die Spannungssignale für die Betriebsarten des Gleichstrommotors gegeben werden können.

Führt die Leitung L i Η-Signal, so bedeutet das »Laufen« oder »Betrieb« des Gleichstrommotors, und führt die Leitung L1 H-Signal, so bedeutet dies »Bremsen«. Der Ausgang der NAND-Stufe V3 ist über einen Widerstand Ä9 mit der Basis eines Transistors Γ10 verbunden. Übe einen Widerstand R10 ist die Basis dieses Transistors T10 ebenfalls mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle verbunden, so daß der Transistor Γ10 nichtleitend ist, wenn am Ausgang der NAND-Stufe V3 Η-Signal vorliegt Führt jedoch die NAND-Stufe V3 am Ausgang Η-Signal, so wird der Transistor Γ10 leitend und schließt damit einen Widerstand R it eines aus den Widerständen Λ11 und R12 bestehenden Spannungsteilers kurz. Da der Verbindungspunkt d dieses Spannungsteilers mit der Basis eines weiteren Transistors 7*4 verbunden ist, ist dieser gesperrt, wenn der Transistor Γ10 leitend ist Der Emitter des Transistors TA ist über einen Widerstand R 13 mit dem negativen Pol der Gleichstromquelle verbunden. Der Kollektor des Transistors TA ist einerseits, über drei Dioden D11, Z) 12 und D13 mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle und andererseits mit der Basis eines Leistungstransistors T9 verbunden. Der Leistungstransistor T9 dient zum Kurzschließen der über Auskoppeldioden D 2 bis DS ausgekoppelten positiven Spannungshalbwelle der durch den Permanentmagnetläufer induzierten Spannung der zur Zeit nicht stromführenden Wicklungsstränge.

Ist der Gleichstrommotor in Betrieb, so wird über die Leitung Ll auf die NAND-Slufe V3 ein L-Signal gegeben. Da während der Drehbewegung des Gleichstrommotors durch die Kommutierungssignale der Auswahlschaltung AW die Zeitstufe Vl ständig getriggert wird, führt der Ausgang Q H-Signai, so daß der Ausgang der NAND-Stufe V3 H-Signal führt. Dadurch ist der Transistor FlO leitend und der Transistor 7"4 gesperrt, wie zuvor ausgeführt worden ist Demzufolge ist auch der Leistungstransistor T9 gesperrt

Zum Positionieren wird die Kommutierungsfolge der Auswahlschaltung A W unterbrochen, wobei das letzte Signal bestehen bleibt Gleichzeitig wird über die Leitung L1 ein Η-Signal abgegeben, das »Bremsen« bedeutet. Da voraussetzungsgemäß der Ausgang <?der Zeitstufe Vl Η-Signal führt, beide Eingänge der NAND-Stufe V3 somit Η-Signal führen, erscheint am Ausgang derselben L-Signal. Durch das L-Signal am Ausgang der NAND-Stufe V3 wird der Transistor Γ10 gesperrt, die Basisspannung des Transistors TA wird durch Wirksamwerden des Spannungsteilerwiderstandes RU angehoben. Damit wird auch der Leistungstransistor Γ9 leitend, wobei dessen Basisspannung um die Schwellspannung der drei Dioden DlI bis D13 unter dem Potential des Sternpunktes IV9 liegt. Durch diese Basisvorspannung des Leistungstransistors T9 wird erreicht, daß die in den Wicklungssträngen W1 bis WA induzierte positive Halbwelle der EMK kurzgeschlossen wird; hierbei werden die Schwellspannungen der Auskoppeldioden D 2 bis D 5 und die Basis-Emitter-Spannung des Leistungstransisiors Γ9 durch die Dioden DIl bis D13 kompensiert. Der Kun:schlußpfad verläuft hierbei beispielsweise im Falle des Wicklungsstranges VV3 von dem dem Stempunkt W9 abgewandten Ende des Wicklungsstranges W3 über die Auskoppeldiode D2 und den Leistungstransistor 7"9 zu dem das Bezugspotential führenden Leiter und von hier über die Stromquelle (-, +) zurück zum SternpunKt IV 9.

Durch den Kurzschluß der in den Wicklungssträngen Wi bis W4 induzierten EMKs ergibt sich ein zusätzliches Bremsmoment, so daß das Einschwingverhalten des Gleichstrommotors verbessert wird. In gleicher Weise kann die negative EMK ausgekoppelt und kurzgeschlossen werden; auch beide Spannungsrichtungen können zur Bildung eines zusätzlichen Bremsmomentes kurzgeschlossen oder belastet werden.

Die Begrenzung des Kurzschlußstromes erfolgt bei der dargestellten Schaltung durch den Widerstand der Wicklungsstränge W\ bis W4. Bei zu hohen Kurzschlußströmen kann in die Kollektorleitung des Leistungstransistors Γ9 ein zusätzlicher Widerstand zur Strombegrenzung eingebaut werden, oder es kann die Ansteuerung des Leistungstransistors T9 in Abhängigkeit vom Kollektorstrom dieses Transistors geregelt werden.

Nach dem Einschwingen des Permanentmagnetläufers werden die Kommutierungssignale abgeschaltet, und die Zeitstufe Vl kippt nach der eingestellten Laufzeit in die Ruhelage f@ = L₁Q = H)zurück. Damit erscheint am Ausgang der NAN D-Stufe V3 wiederum Η-Signal, der Transistor 7"10 wird aufgesteuert, die Basis des Transistors TA an Masse gelegt, so daß der Transistor Γ 4 und der Leistungstransistor T9 gesperrt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Schrittweise betriebener kollektorloser Gleichstrommotor mit einem Permanentmagnetläufer, mit einem Ständer, in dem mehrere, in Stern geschaltete Wicklungsstränge angeordnet sind, die läuferstellungsabhängig nacheinander über eine eine Auswahlschaltung enthaltende Steuerschaltung an eine Gleichstromquelle schaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Positioniervorgang durch eine eine Zeitstufe (Vi) enthaltende Schaltungsanordnung die negative und/oder positive Spannungshalbwelle der in den Wicklungssträngen (Wi bis WA) durch den Permanentmagnetläufer induzierten EMK ausgekoppelt und gegen den Sternpunkt (W9) der Wicklungsstränge (WA bis W 4) kurxschließbar ist

2. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß als Zeitstufe (Vi) eine nachtriggerbare Zeitstufe vorgesehen ist, deren Triggereingang (B) über eine erste logische Verknüpfungsschaltung (NOR-Stufe V2) an den Ausgang der Kommutierungssignale (Xi bis XA) abgebenden Auswahlschaltung (A W) angeschlossen ist und daß der Ausgang (Q) der Zeitstufe fVl) und eine mit Spannungssignalen für die Betriebsarten »Laufen« und »Bremsen« beaufschlagte Leitung (L 1) an eine zweite logische Verknüpfungsschaltung {NAND-Stufe V3) geführt sind, durch deren Ausgangssignal bei Anstehen des eingangsseitigen Spannungssignals »Bremsen« der Kurzschluß während der Laufzeit der Zeitstufe (V 1) erfolgt.

3. -Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die dem Sternpunkt (W9) der Wicklungsstränge (JVJl bis WA), der an den einen Pol der Gleichstromquelle geschaltet ist, jeweils abgewandten Enden der Wicklungsstränge (Wi bis W4) die Anoden von Auskoppeldioden (D 2 bis DS) angeschlossen sind, deren Kathoden miteinander verbunden und über die EmiUer-Kollektor-Streeke eines von der Zeitstufe (Vi) ansteuerbaren Leistungstransistors (T9) an den anderen Pol der Gleichstromquelle schaltbar sind.

4. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential der Basis des Leistungstransistors (T9) mit Hilfe von in Reihe geschalteten Dioden (DU bis D13) unter das Potential des Sternpunktes (W9) der Wicklungsstränge (W i bis W4) gelegt ist.

5. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß so viele Dioden (DU bis D13) in Reihe geschaltet sind,daß die Schwellspannungen der Auskoppeldioden (D 2 bis D 5) und die Basis-Emitter-Spannung des Leistungstransistors (T9) kompensiert sind.

6. Kollektorloser Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die induzierte EMK in den Wicklungssträngen (Wi bis VV4) getriebene Strom durch einen Widerstand begrenzt ist.

7. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand zur Strombegrenzung in die Kollektorleitung des Leistungstransistors (T9) eingeschaltet ist.

8. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung des Leistungstransistors (T9) in Abhängigkeit vom KoUektorstrom desselben mit Hilfe eines Reglers geregelt ist