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Dokumentenidentifikation DE2837187C2 07.06.1990
Titel Ansteuerschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor oder einen Schrittmotor mit Rückkopplung
Anmelder King, Kenyon Moulin, Cucamonga, Calif., US
Erfinder King, Kenyon Moulin, Cucamonga, Calif., US
Vertreter Grünecker, A., Dipl.-Ing.; Kinkeldey, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Stockmair, W., Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Ae.E. Cal Tech; Schumann, K., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Jakob, P., Dipl.-Ing.; Bezold, G., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Meister, W., Dipl.-Ing.; Hilgers, H., Dipl.-Ing.; Meyer-Plath, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 25.08.1978
DE-Aktenzeichen 2837187
Offenlegungstag 08.03.1979
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 07.06.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.06.1990
IPC-Hauptklasse H02P 8/00
IPC-Nebenklasse H02P 6/02   H02K 29/12   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ansteuerschaltung der in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2 genannten Art.

Es ist bekannt, daß Gleichstrommotoren, die zum Betrieb eine Kommutierung benötigen, gegenüber Wechselstrom- oder Synchron-Motoren Vorteile hinsichtlich des Drehmomentverlaufs, der Größe, des Gewichts und der Ansprechempfindlichkeit aufweisen. Jedoch haben die bei Gleichstrommotoren verwendeten Kommutatoren und Bürsten den Nachteil, daß sich die Bürsten abnutzen, hochfrequentes Rauschen 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 wurde, 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 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, die Stellung des Rotors anzuzeigen. Die Verwendung der Gegen-EMK 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 daher einen Startmechanismus.

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 der US-PS 33 04 481, aus der eine Schaltungsanordnung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem Permanentmagnetrotor und vier über jeweils eine Schaltanordnung oder durch eine Gleichspannungsquelle erregbare Statorwicklungen bekannt ist. Die Schaltanordnungen werden über Treiber von bistabilen Kippstufen gesteuert. Eine Anordnung vergleicht die in zwei Statorwicklungen induzierten Spannungen und erzeugt bei Gleichheit der Spannungen ein Ausgangssignal, wobei in Abhängigkeit des Ausgangssignals die bistabilen Kippstufen gesetzt werden und die Statorwicklungen aufeinanderfolgend erregt werden. Die Anordnung vergleicht dabei die jeweils in zwei nicht erregten Statorwicklungen induzierten Spannungen.

Eine Anordnung, bei der zu den Statorwicklungen in Serie liegende Widerstände verwendet werden, um eine Spannung abhängig von der Gegen-EMK zu erzeugen, ist veröffentlicht in "Waveform Sensing Closes the Loop in Step Motor Control" von J. R. Frus und B. C. Kuo, Production 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 weil sie darauf beschränkt waren, daß zu einem gegebenen Zeitpunkt in dem Stator nur eine einzige Wicklung erregt wurde.

Aus der DE-OS 27 47 673 ist eine Ansteuerschaltung für einen Schrittmotor bekannt, bei der auch die Rotationsspannung bei erregter Statorwicklung ermittelbar ist, um die Geschwindigkeit und die Drehstellungen des Rotors zu ermitteln.

Aus der DE-OS 25 29 524 ist eine Ansteuerschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit Permanentmagnetrotor bekannt, bei der in den Statorwicklungen induzierte Spannungen mit Hilfe von Null-Durchgangsdetektoren erfaßt werden, um die den Statorwicklungen zugeführten Speisespannungen hinsichtlich Amplitude, zeitlicher Länge und zeitlicher Lage zu steuern.

Aus der DE-OS 21 56 389 ist eine Steuereinrichtung für einen Gleichstromsynchron-Motor bekannt, die einen Referenzoszillator zur Erzeugung des den Motor synchron antreibenden Signals und einen Frequenzgenerator aufweist, der eine in Abhängigkeit der Drehzahl des Motors vorbestimmte Frequenz abgibt. Dabei wird die jeweilige Drehstellung der Rotors mit Hilfe von Detektorelementen erfaßt, die Hall-Generatoren, Spulen oder optische Aufnehmer sein können. Die von den Detektorelementen abgegebenen Signale werden zur Steuerung der den Statorwicklungen zugeführten Erregerströme benutzt. Diese werden dabei so gesteuert, daß der Motor bis zum Erreichen einer vorbestimmten Drehzahl als ein das Anlaufdrehmoment aufbringender Gleichstrommotor wirkt, wonach er dann synchron mit den Signalen des Referenzoszillators läuft.

Aus der DE-OS 20 63 274 ist eine Schaltungsanordnung zum Steuern eines Schrittmotors bekannt, mit der der Rotor durch Aufbringen eine negativen Drehmomentes zu bremsen ist, um ihn jeweils genau in eine gewünschte Drehstellung zu bringen. Zu diesem Zweck werden die den Statorwicklungen zugeführten Erregerströme so gesteuert, daß sich das Erregerfeld des Stators schneller bewegt als der Rotor, wodurch es sich dann in einer den Rotor verzögernden Stellung befindet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ansteuerschaltung der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2 genannten Art so weiterzubilden, daß die jeweilige Drehstellung des Rotors ohne zusätzliche Detektorelemente noch genauer zu erfassen ist.

Bei einer Ansteuerschaltung der genannten Art ist diese Aufgabe durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1 bzw. 2 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung zeichnet sich dadurch aus, daß durch die mit den zwei Paaren der vier Statorwicklungen jeweils in Reihe geschalteten ersten und zweiten Wicklungen des Transformators exakt die Zeitpunkte feststellbar sind, zu denen der die Wicklungen des Transformators verbindende Gesamtfluß jeweils einen Null-Durchgangspunkt hat. Dieses kann dabei mit Hilfe des an den Verbindungspunkten zwischen den ersten und zweiten Wicklungen um den mit ihnen jeweils verbundenen Statorwicklungspaaren angeschlossenen Vergleichers oder aber mit Hilfe der dritten Wicklung des Transformators erfolgen. Im Gegensatz zu mit den Statorwicklungen jeweils in Reihe geschalteten Widerständen, mit denen an den Statorwicklungen auftretende Spannungen und durch diese fließende Ströme zu erfassen sind, kann mit Hilfe des Transformators exakt die jeweilige Phase der Gegen-EMK, die in den Statorwicklungen des Schrittmotors erzeugt wird, bestimmt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung wurde nachgewiesen, daß mit ihr Schrittmotoren von 0,9° pro Schritt bis 90° pro Schritt gesteuert werden können, die einen unipolaren oder bipolaren Aufbau haben können und sowohl als Rotations- wie auch Linearmotoren ausgebildet sein können.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

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

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

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

Fig. 3 bis 8 jeweils verschiedene Wellenformen zum Veranschaulichen der Betriebsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung.

Der in Fig. 1 dargestellte Schrittmotor 10 besitzt einen Permanentrotor 12 und einen mehrphasigen Stator mit vorzugsweise vier Phasenwicklungen 14, 16, 18 und 20. Obwohl ein Permanentmagnetrotor bevorzugt wird, kann ebenso ein Rotor mit veränderbarer Reluktanz verwendet werden. Obwohl die Ansteuerschaltung bei synchronen oder großen Schrittmotoren anwendbar ist, ist sie besonders gut geeignet für den Betrieb kleiner Schrittmotoren, z. B. mit einer Schrittweite von 1,8 Grad, die das Äquivalent von 200 Kommutierungen pro Umdrehung benötigt.

Der Motor 10 wird angetrieben durch eine Gleichspannungsquelle (nicht gezeigt), die an einer positiven Eingangsklemme 22 und einer Masseklemme 24 anliegt. Jeder der Statorwicklungen liegt parallel zu der Versorgungsquelle über eine Reihe von Transistorschaltern 26, 28, 30 und 32. Diese Schalter werden paarweise über Treiber 34 durch ein Paar Flip-Flops 36 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 Betriebsgeschwindigkeit 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 Schaltwellenformen 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 Abfühlschaltung 40 für die Stellung des Rotors vorgesehen. Diese Schaltung 40 enthält einen Transformator mit einer ersten Wicklung 42, die in Serie zwischen den Statorwicklungen 14 und 16 und einer Klemme der Spannungsquelle liegt, sowie 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 abgeleitet oder das Ausgangssignal 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-Flops 36 und 38 von einer externen Taktquelle durch Setzen eines Schalters 47 getriggert werden, und nimmt man weiterhin an, daß zwischen den Wicklungen 42 und 44 des Transformators 40 keine gegenseitige Kopplung vorliegt, so ergeben sich resultierende Wellenformen an den gemeinsamen Verbindungspunkten, wie sie in den Fig. 3E&min; und 3F&min; 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&min; und F&min; resultierende Spannungen, die im wesentlichen die Wellenform haben, wie sie in den Fig. 3E 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 Rotors 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 dem Zeitpunkt erfolgt, wenn die Spannungen bei E 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 jeden Fall ist die Ausgangswellenform des Komparators 50 eine Rechteckwelle, deren Übergangspunkte im wesentlichen dann auftreten, wenn die Amplituden der Wellenformen gemäß den Fig. 3E und 3F gleich sind, d. h. wenn der Gesamtfluß in dem Transformator einen Nulldurchgang hat. Die Phase der rechteckförmigen Ausgangsspannung des Komparators, die in Fig. 3G gezeigt ist, verschiebt sich, wenn die Winkelstellung des Rotors sich in bezug auf die Rotor-Treibersignale ändert, was der Fall ist, wenn sich die Motorlast ändert.

Das Kommutationssignal (Fig. 3G), das vom Ausgang des Komparators 50 abgeleitet wird, wird zum Steuern des Schaltens der Flip-Flops 36 und 38 verwendet, indem der Schalter 47 von der externen Taktquelle getrennt wird, um eine interne Zeitgeber-Impulsquelle durchzuschalten, die im folgenden noch beschrieben wird. Das Kommutationssignal 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 Verzögerungsbetrieb arbeitet, was im folgenden noch erläutert wird. Bei der Phasensteuerschaltung handelt es sich um eine einfache logische Schaltung mit vier EXCLUSIV-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 60 geschaltet, dessen anderem Eingang das Kommutationssignal von dem Komparator 50 zugeführt wird. Das EXCLUSIV-ODER-Glied 54 vergleicht die zwei Signale von den Flip-Flops 36 und 38. Der Ausgang des EXCLUSIV-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 3H&min; gezeigt, abhängig von der Motorrichtung.

Dieses Signal wird durch das EXCLUSIV-ODER-Glied 58 invertiert oder nicht, abhängig vom Ausgang des EXCLUSIV-ODER-Gliedes 56. Das Ausgangssignal des EXCLUSIV-ODER-Gliedes 56 wiederum bestimmt sich dadurch, ob der Motor in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung läuft, was durch einen Schalter 62 eingestellt wird, oder ob die Schaltungsanordnung im Beschleunigungs- oder Verzögerungsbetrieb arbeitet, was durch einen Schalter 64 eingestellt wird. Nimmt man an, der Antrieb erfolge durch eine externe Taktquelle, so stellt Fig. 3I das resultierende Ausgangssignal des EXCLUSIV-ODER-Gliedes 60 dar, wenn Vorwärts-/ Beschleunigungs- oder Rückwärts-/Verzögerungs-Betriebsart vorliegt. Wenn in den Vorwärts-/Verzögerungs- oder Rückwärts-/ 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 EXCLUSIV-ODER- Gliedes verschiebt, wie in Fig. 3I gezeigt ist. Wie weiter unten ausführlich erläutert wird, 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 Treiberspannungen 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 Wellenformen bei E, F und G unter konstanter Betriebsgeschwindigkeit modifiziert, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Das Ausgangssignal der Phasensteuerschaltung 52 wird dazu verwendet, anstelle des externen Takts die Flip-Flops 36 und 38 zu triggern, indem der Schalter 47 zurückgestellt wird. Eine allgemein mit 72 bezeichnete Verarbeitungsschaltung ist vorgesehen, um aus dem Kommutationssignal die Flip-Flop- Triggersignale zu erzeugen. Eine Verarbeitungsschaltung liefert verschiedene Funktionen, indem sie zum Erzeugen einer Startfolge verwendet wird, 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, wird 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 digital gesteuerte Zeitgeber- und Zählschaltungen verwendet werden.

Die Verarbeitungsschaltung enthält einen Stop-/Start-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. Wenn der Schalter 74 in die Startstellung gebracht wird, aktiviert er den Impulsgenerator 78. Die Ausgangsimpulse werden durch das NAND-Glied 76 über ein NAND-Glied 82 durchgelassen, um einen zweiten Impulsgenerator 84 zu betätigen. Ferner wird ein negativer Impuls am Eingang des NAND-Gliedes 76 durch Erden des Kondensators 86 erzeugt. Das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 76 wiederum veranlaßt, daß 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-ODER-Gliedern 90 und 92 in Abhängigkeit vom Setzen des Vorwärts-/Rückwärts-Schalters 62 und den Zuständen der entsprechenden Flip-Flops 36 und 38 alternierend getriggert werden. 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 76 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 104 und das NAND-Glied 82 geleitet, um den Impulsgenerator 84 zu betreiben. Die Ausgangsimpulse des Generators 84 besitzen eine Impulsbreite, die bestimmt ist durch einen Widerstand 110 und einen Kondensator 112. Somit wird die weitere zeitliche Steuerung der Statorwicklungen festgelegt durch die Kommutierungsimpulse, 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 Wellenformen der Verarbeitungsschaltung während des Startvorgangs sind in Fig. 5 dargestellt, die Wellenform beim Normalbetrieb in Fig. 6.

Das NOR-Glied 104 bewirkt, daß unerwünschte Einschwingvorgänge in den Kommutierungsimpulsen ausgetestet werden, welche durch die Induktivität der Motorwicklung und des Transformators 40 erzeugt werden. Das NOR-Glied 104 wird in Abhängigkeit von dem aus einem Widerstand 106 und einem Kondensator 108 bestehenden RC-Netzwerk, welches parallel zu dem Ausgang des Impulsgenerators 84 liegt, eingestellt, so daß die Impulsbreite der Ausgangsimpulse des Impulsgenerators 84 plus der Zeitkonstanten des Widerstands 106 und des Kondensators 108 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 Maximalfrequenz des Kommutierungssignals über einen weiten Bereich von Eingangsspannungen oder Lastschwankungen, um dadurch die Geschwindigkeit mit einer eingestellten Frequenz zu synchronisieren. Die Wellenform für die synchrone Betriebsweise ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt. Wie aus der Wellenform nach Fig. 7 hervorgeht, ist die Wellenform bei I modifiziert, wie in Fig. 7 bei I&min; gezeigt ist, so daß das Kommutierungssignal durch den Impulsgenerator 84 gehalten wird, wobei sich die Zeit T&sub2; bestimmt durch die Zeitkonstante des Widerstands 106 und des Kondensators 108.

Fig. 2 zeigt eine alternative Abfühlschaltung, in der zwei Eingänge eines Komparators 50&min; an die Mittelanzapfpunkte von Serienwiderständen 120-122 und 124-126 geschaltet sind, die jeweils parallel zu den zwei Paaren der Statorwicklungen 14 und 16 bzw. 18 und 20 liegen. Diese Schaltungsanordnung erzeugt eine Ausgangsspannung höherer Amplitude, hat aber ansonsten eine vergleichbare Betriebsweise.


Anspruch[de]
  1. 1. Ansteuerschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor oder einen Schrittmotor mit Rückkopplung (closed loop) mit einem Permanentmagnetrotor und vier über jeweils eine Schaltanordnung (26, 28, 30, 32) durch eine Gleichspannungsquelle erregbaren Statorwicklungen (14, 16, 18, 20), mit die Schaltanordnung (26, 28, 30, 32) über Treiber (34) steuernden bistabilen Kippstufen (36, 38) und mit einer Anordnung, die in zwei Statorwicklungen induzierte Spannungen vergleicht und ein Ausgangssignal bei Gleichheit der Spannungen erzeugt, wobei in Abhängigkeit des Ausgangssignals die bistabilen Kippstufen gesetzt werden und die Statorwicklungen aufeinander folgend erregt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen Transformator (40) mit einer ersten und einer zweiten Wicklung (42, 44) und einen Vergleicher (50) aufweist, wobei die erste Wicklung (42) in Serie zu zwei der Statorwicklungen (14, 16) und die zweite Wicklung (44) in Serie zu den anderen zwei Statorwicklungen (18, 20) liegt und wobei dem Vergleicher (50) die an den zwei Wicklungen (42, 44) abfallenden Spannungen zum Erzeugen des Ausgangssignals (G) bei Gleichheit der Spannungen zugeführt werden.
  2. 2. Ansteuerschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor oder einen Schrittmotor mit Rückkopplung (closed loop) mit einem Permanentmagnetrotor und vier über jeweils eine Schaltanordnung (26, 28, 30, 32) durch eine Gleichspannungsquelle erregbaren Statorwicklungen (14, 16, 18, 20), mit die Schaltanordnung (26, 28, 30, 32) über Treiber (34) steuernden bistabilen Kippstufen (36, 38) und mit einer Anordnung, die in zwei Statorwicklungen induzierte Spannungen vergleicht und ein Ausgangssignal bei Gleichheit der Spannungen erzeugt, wobei in Abhängigkeit des Ausgangssignals die bistabilen Kippstufen gesetzt werden und die Statorwicklungen aufeinander folgend erregt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen Transformator (40) mit einer ersten und einer zweiten Wicklung (42, 44), sowie eine weitere mit dem Transformator (40) gekoppelte Wicklung (46) und einen Vergleicher aufweist, wobei die erste Wicklung (42) in Serie zu zwei der Statorwicklungen (14, 16) und die zweite Wicklung (44) in Serie zu den anderen zwei Statorwicklungen (18, 20) liegt und wobei dem Vergleicher die an der weiteren Wicklung (46) abfallende Spannung zugeführt wird und dieser das Ausgangssignal (G) beim Nulldurchgang des Gesamtflusses im Transformator erzeugt.
  3. 3. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Vergleicher (50) erzeugte Ausgangssignal im wesentlichen eine Rechteckschwingung ist, deren Flanken zeitlich denjenigen Zeitpunkten entsprechen, bei denen die Spannungen gleich sind, und daß eine Einrichtung (52) vorgesehen ist, die auf die Flanken der Rechteckwelle anspricht und Impulse für die Kippstufen (36, 38) erzeugt.
  4. 4. Ansteuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Phasenschiebereinrichtung (54, 56, 58, 60) an den Ausgang des Vergleichers (50) geschaltet ist, um die Phase der Impulse zu verschieben, damit das Drehmoment des Motors (10) umgekehrt wird, um eine Bremswirkung zu erzielen.
  5. 5. Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Starteinrichtung (74, 76, 78) vorgesehen ist, um zwei oder mehr Impulse für die Kippstufen (36, 38) zu erzeugen, wenn der Rotor (12) steht.
  6. 6. Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zeitverzögerungseinrichtung (104 bis 108) vorgesehen ist, um die Frequenz der Impulse für die Kippstufen (36, 38) zu begrenzen, wobei die Zeitverzögerungseinrichtung die Zeitdauer der Impulse fixiert und den Beginn des nächsten Impulses um eine vorbestimmte Minimalzeit im Anschluß an die Beendigung des vorhergehenden Impulses verzögert, wodurch eine maximale Umdrehungsgeschwindigkeit eingehalten wird.
  7. 7. Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei um 90° versetzte Statorwicklungen erregt sind.






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