DE2837187A1

DE2837187A1 - Schrittmotorsteuerung

Info

Publication number: DE2837187A1
Application number: DE19782837187
Authority: DE
Inventors: Kenyon Moulin King
Original assignee: KING KENYON MOULIN
Current assignee: KING, KENYON MOULIN, CUCAMONGA, CALIF., US
Priority date: 1977-08-29
Filing date: 1978-08-25
Publication date: 1979-03-08
Also published as: DE2837187C2; JPS5449514A; GB2004141A; JPS6240958B2; US4136308A; JPS62268387A; GB2004141B

Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

DiP!_-!.\a

H. KINKELDEY

DR.-ING.

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OR-PJQ ·

K. SCHUMANN

Dft ΗΕΛ MAT: - DlPL-PHYS.

P. H. JAKOS

CH=U-ING

13 039 G. BEZOLD

Dft REa NXT.-

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILiAMSTRASSS 43

25- August 1973

Schrittmotorsteuerung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Gleichstrommotoren mit elektronischer !Commutation, insbesondere auf bürstenlose Gleichstrommotoren, die die induzierte EIiK (elektromotorische Kraft) des Motors benutzen, um das Kommutationsschalten zu steuern.

Es ist bekannt, daß Gleichstrommotoren, die zum Betrieb eine Kommutierung benötigen, gegenüber wechselstrom- oder Synchron-Motoren Vorteile hinsichtlich des Drehmomentverlaufs, der Große, des Gewichts und der Ansprechempfindlichkeit aufitfeisen. Jedoch haben die bei Gleichstrommotoren verwendeten Kommutatoren und Bürsten den Nachteil, daß sich die Bürsten abnutzen, hochfrequentes Sauschen erzeugen und einen wesentlichen Teil der Herstellungskosten des Motors ausmachen. Es wurden verschiedene Schaltungen entwickelt, um einen Permanentmagnetmotor als bürstenlosen Gleichstrommotor zu betreiben, indem ein externer Sensor verwendet tinirde, um die Stellung des Rotors abzufühlen. Der Sensor wird als Kommutator verwendet, um die Statorwicklungen sequentiell zu erregen. So wurden beispielsweise für die Kommutierung auf dem Halleffekt beruhende Geräte sowie

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TEtEFON (O3S) 33 33 S3 TELEX O5-39 38O TELEGRAMME MONAPAT TSlEKOPIER=H

optische Codierer verwendet. Es wurde weiterhin herausgefunden, daß die Wellenform der induzierten oder Gegen-EMK, die durch die Drehung des Permanentmagnetfeldes bezüglich, der Statorwicklungen erzeugt wird, dazu verwendet werden kann, um die Stellung des Eotors anzuzeigen. Die Verwendung der Gegen-EHK hat den Vorteil,daß keine zusätzlichen Bauelemente oder Sensoren benötigt werden. .Es gibt keine Probleme hinsichtlich der Ausrichtung, die zum Erhalten eines maximalen Drehmoments und Wirkungsgrades kritisch sein kann, wenn eine große Anzahl von Kommutierungssegmenten vorhanden sind.

Der Nachteil .derartiger Systeme besteht jedoch darin, daß der Motor gedreht werden muß, bevor irgendein Gegen-EMK-Signal erzeugt werden kann. Diese Systeme erfordern irgendeine Art von Startine chanismus. .

Bekannte Systeme, die die Gegen-EMK ausnutzen, wiesen eine geringe Ansprechempfindlichkeit auf und sind im Vergleich zu Systemen mit externen Sensoren weniger zuverlässig. Beispiele bekannter Systeme dieser Art finden sich in den ' US-Patentschriften 3 304 481 und 3 611 081. Eine Anordnung, bei der zu den Statorwicklungen in Serie liegende Widerstände verwendet werden, um eine Spannung abhängig von der Gegen—ETiK zu erzeugen, ist veröffentlicht in "Waveform Sensing Gloses the Loop in Step Motor Control" von J.R.Frus und B.C.Kuo,' Products Engineering, Februar 1977, Seiten 47-49. Diese.Schaltungen haben sich jedoch nicht zur vollen Zufriedenheit bewährt, entweder weil sie irgendwelche Einstellvorgänge der Schaltung basierend auf der Geschwindigkeit erforderlich machten, um ein maximales Drehmoment zu erzielen, oder v/eil sie darauf beschränkt waren, daß zu einem gegebenen Zeitpunkt in dem Stator nur eine ' einzige Wicklung erregt wurde. . ' . ■

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Die vorliegende Erfindung zielt ab auf eine verbesserte S_chaltungsanordnung zum Kommutieren eiaes Wechselstrom- oder Schrittmotors ohne zusätzliche externe Sensoren zu verwenden. Erfindungsgemäß wird die in den Statorwicklungen durch den Permanentmagnetrotor induzierte Gegen-EMK ausgenutzt, um ein !Commutationssignal zu erzeugen, welches durch die Motorgeschwindigkeit und Schwankungen der Versorgungsspannung nicht beeinflußt wird_o Das Eommutationssignal ist exakt an die Stellung des Rotors gebunden, so daß die Kommutationssignale zu den richtigen Koinmutationspunkten synchronisiert sind. Das heißt, sie liefern eine exakte Anzeige der Winkelstellung ₅ bei der ein Schaltvorgang stattfinden muß, um maximales Drehmoment zu erreichen_s und zwar unabhängig von der Betriebsgeschwindigkeit des Motors» Die Kommutationssignale v/erden auf einem einzelnen Kanal erzeugt, was die Verarbeitung und Steuerung des Signals vereinfacht oSerienwiderstände 5 die normaler v/eise bei Schrittmotor Steuerungen verwendet werden, um die Zeitkonstante der Motorwicklungen zu reduzieren, werden nicht benötigte Die Anzahl der Kommutationsimpulse pro Umdrehung ist lediglich durch den Aufbau des Motors beschränkte

Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden erreicht, indem ein Rotorstellungs-Abfühler geschaffen wird, der anspricht auf die Gegen-ΞΜΚ, die in den Statorwicklungen eines Schrittmotors mit Permanentmagnet erzeugt wird, wobei der S_chrittmotor vier parallel zu einer Gleichspannungsquelle liegende Statorwicklungen auf v/eist, die in zeitlich überlappter Reihenfolge geschaltet werden„ Der Abfühler v/eist einen Transformator mit einem Windungspaar auf ₉ wobei jede Windung in Serie zu der Spannungsquelle und zwei der Statorwicklungen liegt, während die andere Wicklung in Serie zwischen der Spannurigsquelle und den übrigen beiden Statorwicklungen liegte

Die Spannungen an den zwei Wicklungen werden verglichen und dazu verwendet, den Kommutationsimpuls jedesmal dann zu erzeugen, wenn die Spannungen gleich sind. Es wurde bestimmt, daß, wenn das Schalten der Stat or wicklungen zu dem Zeitpunkt eintritt, wenn die Spannung an den beiden Transformatorwicklungen gleich sind, ein maximales Drehmoment unter allen Lastbedingungen aufrechterhalten wird. Die Kommutationsimpulse werden mittels einer Verarbeitungsschaltung dazu verwendet, die Spannungsquelle an die entsprechenden Statorwicklungen zu schalten. Die Verarbeitungsschaltung enthält eine Einrichtung zum Anstoßen einer Startsequenz, eine Einrichtung zum Begrenzen der Motorgeschwindigkeit (synchroner Betrieb) sowie eine Anordnung zum Austasten von unerwünschten Störungen.

Es ist eine Phasensteuerschaltung vorgesehen, um die Phase des !Commutations signals zu steuern, damit die richtige Phasenbeziehung zwischen dem Kommutationssignal und den Stator-Treiberspannungen sowohl im Vorwärts- als auch im Rückwärtsbetrieb sichergestellt ist. Die Phasensteuerschaltung steuert weiterhin Beschleunigung und Verzögerung beim Motorbetrieb.

Ein bevorzugter Gedanke der Erfindung liegt darin, eine Steuerschaltung zu schaffen, die einen Schrittmotor mittels einer Gleichspannungsquelle betreibt, indem der Strom successive durch vier Statorwicklungen geschaltet wird. Die Schaltzeit bezüglich der Winkelstellung der Welle wird gesteuert, indem die Gegen-EMK in den Statorwicklungen abgefühlt wird, wobei die Abfühlschaltung einen Transformator auf v/eist, dessen erste Wicklung in Serie mit zwei Statorwicklungen und dessen zweite Wicklung in Serie bezüglich den anderen beiden Statorwicklungen liegen. Die Spannungen an den beiden Wicklungen des Transformators werden dazu verwendet, einen !Commutations—

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impuls jedesmal dann zu erzeugen, wenn die Spannungen gleich sind. Auf diese Weise wird jeder Kommutationsimpuls bei einer vorbestimmten Winkelstellung (Phase) des Schrittmotors erzeugt, unabhängig von der Motorgeschwindigkeit und der Versorgungsspannung. Die Kommutationsimpulse v/erden dann dazu verwendet, Taktimpulse zum Steuern des Ablaufs des S_chaltens der Statorwicklungen zu erzeugen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramin der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine alternative Anordnung zum Erzeugen des Kommutationssignals, und

Fig. 3 bis 8 jeweils verschiedene tfelienforiaen zura Veranschaulichen der Betriebsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung.

Der in Fig. 1 dargestellte· Schrittmotor 10 besitzt einen Per- -manentmagnetrotor 12 und einen'mehrphasigen Stator mit vorzugsweise vier Phasenwicklungen 14,16,18 und 20. Obschon ein Permanentmagnetrotor bevorzugt wird, kann ebenso ein Rotor mit veränderbarer Reluktanz verwendet werden. Obschon die Erfindung anwendbar ist bei synchronen oder großen Schrittmotoren, ist sie besonders gut geeignet für den Betrieb kleiner Schrittmotoren, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift 3 519 859 beschrieben sind. So eignet sich besonders gut ein Schrittmotor für eine Schrittweite von 1,8 Grad, der das Äquivalent von 200 Kommutierungen pro Umdrehungen benötigt.

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Der'Motor 10 wird angetrieben. durch eine Gleichspannungsquelle (nicht gezeigt), die an einer positiven Eingangsklemme 22 -und einer Masseklemme 24 anliegt. Jede der S^atorwicklungen liegt parallel zu der Versorgungsquelle über eine Reihe von Transistörschaltern 26,28,30 und 32. Diese Schalter werden paarweise über Treiber 34 durch ein Paar Flip-Flops 35 und 38 getrieben. Die Schalter 26 und 28 werden somit durch das Flip-Flop 38 derart gesteuert, daß sie alternierend für im wesentlichen gleiche Zeitperioden unter konstanter Betriebsgeschxiindigkeit geschaltet werden. In ähnlicher Weise werden ' die Schalter 30 und 32 alternierend geschaltet, jedoch um 90° phasenversetzt in Bezug auf die Schalter 26 und 28. Die Schaltviellenforaen der vier Statorwicklungen sind in den Fig. 3A bis 3B dargestellt. ^:

Während bei herkömmlichen Treiberschaltungen die Statorwicklungen an die gemeinsame Klemme der Spannungsversorgung geschaltet würden, ist erfindungsgemäß .eine Abfumschaltung 40 für die Stellung des Rotors vorgesehen. Diese Schaltung 40 enthält einen Transformator mit einer ersten i/icklung 42, die in Serie zwischen den Statorwicklungen 14 und 16 und einer Klemme der Spannungsquelle liegt, sov/ie einer zweiten Wicklung 44, die in Serie zwischen der Spannungsquelle und den Statorwicklungen 18 und 20 liegt. Von dem Abfühltransformator wird ein Ausgangssignal entweder durch eine dritte Wicklung 46 Λ abgeleitet oder das Ausgangs signal wird parallel an den gemeinsamen Verbindungspunkten zwischen den entsprechenden Wicklungen 42 und 44 und den zugehörigen Statorwicklungen abgegriffen, wie bei E und F angedeutet ist.

Nimmt man an, daß momentan die Flip-Flops36 und 38 von einer externen Taktquelle durch S_etzen eines Schalters 47 ge~ triggert v/erden, und nimmt man weiterhin an, daß zwischen den Wicklungen 42 und 44 des Transformators 40 keine gegenseitige Kopplung vorliegt, so ergeben sich resultierende Viellenformen an den gemeinsamen Verbindungspunkten, wie sie in den Figo

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und 3F¹ gezeigt sind. Somit sind die Spannungen an den Punkten E und F 90 phasenverschoben und sie stellen das erfaßte Gegen-EMK dar. Bei gegenseitiger Kopplung zwischen den Wicklungen des Transformators 40 ergeben sich an den Punkten E und F aus den Spannungen E' und P¹ resultierende Spannungen , die im wesentlichen die Wellenform haben,.wie sie in den Fig. 3-E und 3F angedeutet .ist. Die Amplituden und Frequenz dieser Wellenformen, die 180° gegeneinander phasenverschoben sind, sind repräsentativ für die Winkelgeschwindigkeit des Rotors° Die Phasen dieser Signale in Bezug auf die Stator-Treibersignale stellen die Winkelstellung des P.otors bezüglich des Stators dar= Wird die Last des Motors beispielsweise verändert, verschiebt sich die Phase der Spannungen bei E und F in Bezug auf die Stator-Treibersignale.

Es wurde bestimmt, daß maximales Drehmoment erreicht wird, wenn die Kommutierung zu dam Zeitpunkt erfolgt, wenn die Spannungen bei Ξ und F gleiche Amplitude haben. Somit wird ein Kommutierungssignal hergeleitet, indem die Punkte E und F an eine Vergleicherschaltung 50 geschaltet werden^ der Vergleicher 50 ist beispielsweise als Operationsverstärker mit hoher Verstärkung ausgebildet» Alternativ kann die dritte Wicklung 46 als Signalquelle für den Operationsverstärker 50 verwendet werden. Auf o®<isB· Fall ist die Ausgangswellenform des Kompa— rators 50 eine Rechteckwelle, deren Übergangspunkte im wesentlichen dann auftreten, wenn die Amplituden der Wellenf ormen gemäß den Fig_o 3E und 3F gleich sind, d»h _o wenn der Gesamtfluß in dem Transformator einen Ifulldurchgang hat_o Die Phase der rechteckförmigen Ausgangsspannung des Komparators, die in Fig3 3G gezeigt ist, verschiebt sich, wenn die Winkel= stellung des Rotors sich in Bezug auf die Rotor-Treibersignale ändert, was der Fall ist, wenn sich die Motorlast änderte

Das Kommutationssignal (Figo 3G), das vom Ausgang des Komparators 50 abgeleitet wird, wird zum Steuern des Schaltens der

vendet, indem der Schalter Φ7 von

Flip-Flops 36 und 38 verwendet, indem der Schalter Ψ? der externen Taktquelle getrennt wird, um eine interne Zeitgeber-Impulsquelle durchzusehalten, die im folgenden noch "beschrieben wird . Das Kommutat ions signal wird zuerst an eine allgemein mit 52 bezeichnete Phasensteuerschaltung angelegt. Diese erzeugt ein unipolares Zeitgebersignal und stellt weiterhin die richtige Kommutierung sicher, wenn die Motordrehung umgekehrt wird oder wenn der* Motor im Verzöge— rungsbetrieb arbeitet, was im folgenden noch erläutert wird. Bei der Phasensteuerschaltung handelt es sich um eine einfache logische Schaltung mit vier EXGLUSIV-ODER-Gliedern, von denen zwei Eingangssteuerglieder 54- und. 56 mit ihren Ausgängen an die Eingänge eines dritten Verknüpfungsgliedes 58 geschaltet sind; der Ausgang des Verknüpfungsgliedes 58 wiederum ist an einen Eingang eines vierten EXCLUSIV-ODER-Gliedes 50 geschaltet, dessen anderem Eingang das Kommutationssignal von dem Komparator 50 zugeführt wird. Das EXCLUSIV-ODER-Glied 5t- vergleicht die zwei Signale von den Flip-Flops 36 und 38. Der Ausgang des EXCLüSIV-ODER-Gliedes 54- ist eine Rechteckwelle, deren Polarität sich mit dem Schließen jedes der vier Schalter 26,28,30 und 32 ändert. Die entsprechende Wellenform ist in Fig. 3H oder 3Ξ¹ gezeigt, abhängig von der Motorrichtung.

Dieses Signal wird durch das EXCLUSIV-ODER-Glied 58 invertiert oder nicht, abhängig vom Ausgang des EXCLUSIV-ODER-Glieds Das Ausgangssignal des EXCLU8IV~0DER-Gliedes 56 wiederum, bestimmt sich dadurch, ob der Motor in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung läuft, was durch einen S_chalter 62 eingestellt wird, oder ob die Schaltungsanordnung im Beschleunigungs- oder V er— zögerungsbetrieb arbeitet, was durch einen Schalter. 64- eingestellt wird. Nimmt man an, der Antrieb erfolge durch eine externe Taktquelle, so stellt Fig. 31 das resultierende Ausgangssignal' des EXCLUSlV-ODER-Gliedes 60 dar, wenn Vorwärts-/ Beschleunigungs- oder Rückwärts-ZVerzogerungs-Betriebsart vorliegt. Wenn in den Vorwärts-Aerzögerungs- oder Rückwärts-/

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ORIGINAL INSPEGTED

Verzögerungs-Betriebsarten die Phase umgekehrt wird, so sieht man, daß jede Phasenverschiebung des Signals am Ausgang des Vergleichers 50 bezüglich der Treibersignale den positiven Übergang des Rechtecksignals am Ausgang des EXGLUSIV-ODER-Gliedes verschiebt, wie in Fig. 31 gezeigt ist. Wie weiter unten ausführlich erläutert v/ird, besteht der Effekt darin, die entgegengesetzte Polarität des Kommutationssignals ohne Umkehrung der Ablauffolge der Motor-Treiberschaltung festzustellen. Hierdurch ist es möglich, daß der Rotor hinter den Trsiberspannungen der Statorwicklungen hinterherhinkt, um ein maximales Bremsmoment aufrechtzuerhalten, während der Rotor und die Feld-Treiberspannungen in dieselbe Richtung "drehen" bis der Motor stoppt.

Beim Betrieb als kommutierter oder bürstenloser Gleichstrommotor werden die V/ellenformen bei E, P und G unter konstanter Betriebsgeschwindigkeit modifiziert, wie in E¹Xg.4 gezeigt ist. Das Ausgangssignal der Phasensteuerschaltung 52 v/ird dazu verwendet, anstelle des externen Takts die Flip-Flops 36 und 38 zu triggern, indem der Schalter 4-7 zurückgestellt v/ird.Eine .allgemein mit 72 bezeichnete Verarbeitungsschaltung ist vorgesehen, um aus dem Konimutationssignal die Flip-Flop-Triggersignale zu erzeugen. Eine Verarbeitungsschaltung liefert verschiedene Punktionen, indem sie zum Erzeugen einer Startfolge verwendet v/ird, sowie zum Austasten unerwünschter Signale und weiterhin zum Steuern maximaler Geschwindigkeit (synchroner Betrieb), sowie weiterhin, um aus dem Kommutationssignal die Taktsignale für die Flip-Flops zu erzeugen.

Da vor der Umdrehung des Motors kein Gegen-EMK-Signal vorliegt, v/ird eine Startsequenz von Impulsen benötigt, um die Anfangsdrehung des Rotors anzustoßen, während in manchen Fällen ein einzelner Startimpuls ausreicht, wird eine Kette aus wenigstens zwei Impulsen bevorzugt. Die erläuterte Startschaltung ist relativ einfach aufgebaut und benötigt eine minimale Anzahl von Bauelementen. Es können aber auch weiterentwickelte

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digital gesteuerte Zeitgeber- und Zählschaltungen verwendet werden.

Die V_flrarbeitungsschaltung enthält einen Stop-VStart-Schalter 74-, der an einen Eingang eines NAND-Gliedes 76 einen positiven Pegel legt, wenn der Motor gestoppt wird."Zur selben Zeit wird- ein Impulsgenerator 78 über einen Negator 80 vorgespannt. Ivenn der Schalter 74- in die Startstellung gebracht wird, aktiviert er den Impulsgenerator 78. Die Ausgangs impulse werden durch das-NAND-Glied 76 über ein NAND-Glied 82 durchgelassen,' um einen zweiten Impulsgenerator 84· zu betätigen. Femer wird ein negativer Impuls am Eingang des NAITD-Gliedes "6 durch Erden des Kondensators 86 erzeugt. Das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 76 wiederum veranlaßt, daS der zweite Impulsgenerator 84- einen Anfangs-Ausgangsimpuls erzeugt, der das eine oder andere der Flip-Flops 36 oder 38 triggert. Man sieht,daß die Flip-Flops 36 und 38 durch ein Paar von EXCLUSIVE-ODSR-Gliedern 90 und 92 in- Abhängigkeit vom Setzen des Vorwärts-ZRückwärts-Sehalters 62 und den Zuständen der entsprechenden Flip-Flops 36 und 38 alternierend getriggert \verden. Mit dem Einschalten des Impulsgenerators 78 durch das Setzen des Schalters 74- wird eine Reihe von Impulsen durch den Impulsgenerator .78 erzeugt „ die das NAND-Glied 76 und die Schaltung 82 durchlaufen, um den Impulsgenerator 84· zu triggern. Die Frequenz des Impulsgenerators 78 wird gesteuert durch die Zeitkonstante des Widerstands 94· und des Kondensators 96. Beim Entladen eines Kondensators 100 fällt die Spannung an dem Eingang des NAND-Gliedes 75 unter den Schwellenwert, bei dem das NAND-Glied Impulse von dem Impulsgenerator 78 durchläßt. Die Impulse werden nun direkt von dem Kommutationsimpuls-Eingang durch ein Paar von NOR-Gliedern 102 und 106 und das NAND-Glied 82 geleitet, um den Impulsgenerator 84- zu betreiben. Die Ausgangsimpulse des Generators 84· besitzen eine Impulsbreite 5 die bestimmt ist durch einen Widerstand 110 und einen Konden«*

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sator 112. Somit wird die v/eitere zeitliche Steuerung der Statorwicklungen festgelegt durch die Komaiutierungsimpulse, die von dem Transformator 40 abgeleitet werden. Der Motor erhöht weiter seine Geschwindigkeit, bis die Versorgungsspannung abzüglich der Gegen-EMK ausgeglichen ist durch die Verluste durch die Motorbelastung. Die W_ellen— formen der Verarbaitungsschaltung während des Staitvorgangs sind in Pig. 5 dargestellt, die wellenform beim Normalbetrieb in Pig. 6.

Das 1-TOR-Glied 104 bewirkt, daß unerwünschte Einschwingvorgänge in den Kominutierungsimpulsen ausgetastet werden, welche durch die induktivität der Motorwicklung und des Transformators 40 erzeugt werden. Das IiOR-Glied 104 wird in Abhängigkeit -/on dem aus einem Widerstand 106 und einem Kondensator 105 bestehenden RC-Netzwerk, welches parallel zu dem Ausgang des Irzpulsgenerators 84 liegt, eingestellt, so daß die Impulsbreite der Ausgangsinpulse des Impulsgenerators 84 plus der Zeitkonstanten des Widerstands 105 und des Kondensators 103 verhindert,. daß irgendein Kommutierungssignal den Impulsgenerator 84 triggert, bevor ein festes Zeitintervall verstrichen ist. Durch den Widerstand 106 und den Kondensator 108 kann hinreichend Zeit nach dem Ende des durch den Generator 84 erzeugten Impulses verstreichen, um die Zeitgeberschaltung des Generators 84 zurückzusetzen, bevor der Generator aufs Neue getriggert wird» Auf diese Weise wird das Kommutierungssignal bis zum Ende dieser Zeitperiode gehalten, wodurch die maximale Frequenz des Kommutierungssignals begrenzt wird. Diese Betriebsart, die synchrone Betriebsart genannt wird,begrenzt die liasimalfrequenz des Kommutierung s— signals über einen weiten Bereich von Eingangs spannungen oder Lastschwankungen, um dadurch die Geschwindigkeit mit einer eingestellten Frequenz zu synchronisieren» Die Wellenform für die synchrone Betriebs v/eise ist in den Figo 7 und 8 dargestellt. Wie aus der Wellenform nach Fig., 7 hervorgeht,

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ist die V/ellenform bei I modifiziert, v/ie in !Fig. 7 I¹ gezeigt ist, so daß das Kommutierungssignal durch den Impulsgenerator 84- gehalten wird, wobei sich die Zeit Ip bestimmt durch die Zeitkonstante des Wider stands 105 und des Kondensators 108.

Pig. 2 zeigt eine alternative Abfühlschaltung, in der zwei Eingänge eines !Comparators 50' an die Hittelanzapfpunkte von Serienwiderständen 120-122 und 124-126 geschaltet sind, die jeweils parallel zu den zwei Paaren der Statorwicklungen 14 und 16 bsw. 18 und 20 liegen. Diese Schaltungsanordnung erzeugt eine Ausgangsspannung höherer Amplitude, hat aber ansonsten eine vergleichbare Betriebsweise.

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Claims

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MAXIMILIANSTRASSE 43

25. August 1978

Pat entansprüche

Kommutationsschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrom-

mit Permanentmagnetrotor und vier Statorwicklungen, die durch aufeinanderfolgendes Schalten der Wicklungen parallel zu einer Gleichspannungsquelle erregt iverden, gekennzeichnet durch einen Transformator (40), dessen erste Wicklung (42) in Serie zu zwei der Statorwicklungen (14,16) und der Gleichspannungsquelle (22) liegt und dessen zweite Wicklung (44) in Serie zu den zwei anderen Statorwicklungen (18,20) und der Gleichspannungsquelle (22) liegt, einen die an den zwei Wicklungen (42,44) abfallende Spannung vergleichenden Vergleicher (50) zum Erzeugen eines Ausgangsimpulses bei Gleichheit der Spannungen, und eine Anordnung (34,56,38) zum -Schalten der Statorwicklungen in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Vergleichers(50)·
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umkehreinrichtung (62) zum Umkehren der Schaltfolge der Statorwicklungen (14 bis 2o) vorgesehen ist, um die Drehrichtung des Rotors (12) zu ändern.
3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch' gekennzeichnet, daß der V_ergleicher (50) ein Signal von im wesent-

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TELEFON (OBO) assess TELEX Ο5-2Ο38Ο TELEGRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

lichen rechteckiger Wellenform erzeugt, dessen Übergangspunkte zeitlich denjenigen Zeitpunkten entsprechen, bei denen die Spannungen an den zwei Wicklungen (42,44)des Transformators (40) gleich sind, und daß eine Einrichtung (52) vorgesehen ist, die auf die Phase der Rechteckwelle anspricht und Impulse zum Steuern der Phase der Schalteinrichtung (26-38) erzeugt.
4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß eine Phasenschiebereinrichtung an den Ausgang des Vergleichers (50) geschaltet ist, um die Phase bezüglich der Schalteinrichtung (36,38) zu verschieben, damit das Drehmoment des Motors (10) umgekehrt wird , um eine Bremswirkung zu erzielen.
5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Phasenschiebereinrichtung eine Signalanordnung (56) enthält, durch die anzeigbar ist, ob der Motor (10) im Beschleunigungs- oder Verzögerungszustand ist, daß eine auf die Phase der Schaltanordnung (36,38) und die Signaleinrichtung (56) ansprechende Einrichtung (60) vorgesehen ist, um die eine oder andere Polarität des Ausgangssignals des Vergleichers (50) zu erfassen, um die Phase der Schaltanordnung zu verschieben, ohne daß die Drehrichtung des Motors geändert wird.
6. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Starteinrichtung (74,76,78) vorgesehen ist, um zwei oder mehr Startimpulse zum Triggern der Schaltanordnung (36,38) zu erzeugen, wenn der Rotor (12) steht.

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7» Treiberschaltung zum Betreiben eines vier Statorwicklungen und einen Rotor anweisenden Motors durch eine Gleichspannungsquelle , gekennzeichnet, durch einen eine erste und eine zweite Wicklung (42,44) aufweisenden Transformator (40), dessen erste Wicklung (42) in Serie zu zwei der Statorwicklungen (14,16) liegt, und dessen zweite Wicklung (44) in Serie zu den anderen zwei Statorwicklungen (18, 20) liegt, eine erste Schaltanordnung (38,26,28) zum alternierenden Anschalten jeder der Statorwicklungen (14,16) , dB in Serie mit der einen Transformatorwicklung (42) liegen, an die Gleichspannungsquelle (22) eine zweite Schaltanordnung (36,30,32) zum alternierenden Anschalten jeder der Statorwicklungen (18,20), die in Serie mit der anderen Transformat orwicklung (44) liegen, an die Gleichspannungsquelle (22), eine auf die momentane Differenz der Spannung an den zwei Transformatorwicklnngen (42,44) ansprechende Einrichtung (50) zum Erzeugen eines Ausgangsimpulses jedesmal dann, wenn die Spannungsdifferenz Null ist, und eine auf die Ausgangsimpulse ansprechende Einrichtung (52,72) zum alternierenden Aktivieren der ersten und zweiten Schaltanordnung (35,38)«
8. Schaltung nach Anspruch 7 * dadurch gekennzeich· net, daß eine Zeitverzögerungseinrichtung (104-108) vorgesehen ist, um die Frequenz der Ausgangsimpulse zum Steuern der maximalen Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors (10) zu begrenzen.
9- Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net , daß die Zeitverzögerungseinrichtung (104-108) eine Anordnung auf v/eist, die die Zeitdauer der Ausgangsimpulse fixiert und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die den Beginn des nächsten Ausgangsimpulses um eine vorbestimmte Minimalzeit im Anschluß an die Beendigung des vorhergehenden Ausgangsimpulses verzögert.

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10. Steuerschaltung zum Betreiben eines mit einem Rotor versehenen Motors, der vier Statorwicklungen auf v/eist, durch eine Gleichspannungsquelle, gekennzeichnet durch eine Schaltanordnung (26-32) zum Verbinden eines Endes jeder der Statorv/icklungen (14-20) mit einer Klemme (22) der Spannungsquelle, eine einen Transformator (40) mit zwei V/icklungen (42,44) auf v/eisende Einrichtung zum Anschalten der anderen Enden der Statorwicklungen (14-20) paarweise an die andere Klemme der Gleichspannungsquelle (24), eine die Schaltanordnung (26-32) betreibende Einrichtung (34) zum gestaffelten Erregen der Statortirieklungen durch die Spannungsquelle (22,24), und eine auf die Differenz der Spannung an den ζ v/ei Transformat or wicklungen (42,44) ansprechende Einrichttaig zum Schalten der Statorwicklungen (14-20) zu dem Zeitpunkt, wenn die Spannungen an den beiden Transformatorwicklungen (42,44) im wesentlichen gleich sind.
11. Kommutierungsschaltung jör einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem Eotor und mehreren Statorwicklungen, die durch aufeinanderfolgendes Schalten der Statorxtficklungen an eine Gleichspannungsquelle erregbar sind, g e k e η η ζ e i c h net durch einen Transformator (40), dessen Wicklungen (42,44) in Serie zu den Statorwicklungen (14-20) geschaltet sind, einen D_etektor (50) zum Feststellen, wenn der die V/icklungen (42,44)des Transformators (40) verbindende Gesamtfluß einen Nulldurchgangspunkt aufweist, und eine Einrichtung (52,72) zum Synchronisieren des Schaltens der Statorwicklungen (14—20) mit den Zeitpunkten der NuIldurchgänge in Abhängigkeit von dem Detektor (50).
12. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daßder Detektor (5o) eine Einrichtung aufweist zum Erzeugen eines Ausgangssignals von im wesentlichen rechteckiger Wellenform, bei der die Nulldurchgangs— punkte den Nulldurchgangspunkten des Gesamtflusses in dem Transformator entsprechen.

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13. Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung vorgesehen ist zum Verschieben der Phase des Rechteckwellenformsignals und zum Ändern der Schaltzeit der Statorwicklungen, um ein Bremsmoment zu erzeugen.
14. Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung vorgesehen ist zum Umkehren der Phase des Rechteckwellenformsignals bezüglich der Schalt-Ablauffolge, um die Richtung des Motors umzukehren.

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