DE2628583A1

DE2628583A1 - Schrittmotor

Info

Publication number: DE2628583A1
Application number: DE19762628583
Authority: DE
Inventors: Takayasu Machida; Fumio Nakajima; Kenji Yamada
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1976-01-12
Filing date: 1976-06-25
Publication date: 1977-07-14
Also published as: US4055785A; HK34582A; CH621231B; GB1561584A; DE2628583C3; CH621231GA3; DE2628583B2

Description

PAT Ξ Γ J TA N WALT E

A. GRÜNECKER

DlPL-KCl

H. KINKEUDEY W. STOCKMAIR

DR-ING ■ A-E {CAU-'ECW

K. SCHUMANN

OH. Rcfl MAT ■ DH=U-PHVSL

P. H. JAKOB

DIPL-IMa

G. BEZOLD

DR REH MM:·

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

Juni 1976

P ΊΟ 597

Citizen Watch Company Limited

No. 9-18, 1-chome, Nishishinjuku, Shinguku-ku, Tokyo_t Japan

Schrittmotor

Die Erfindung betrifft einen Schrittmotor mit einem Permanentmagneten als Rotor, einem Stator mit einer Antriebswicklung und Statorpolstücken, die elektromagnetisch mit der Antriebswicklung verbunden sind, wobei der Stator wenigstens einen statischen Gleichgewichtspunkt aufweist, an dem er stabil ist.

Die Erfindung bezieht sich somit allgemein auf Schrittmotoren und insbesondere auf einen Umkehrschrittmotor zur Verwendung in einer elektronischen Uhr.

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TELEFON (O33)

TELEX Ο3-29 33Ο

TELEGRAMME MONAPAT

Ein herkömmlicher Schrittmotor für eine elektronische Uhr weist gewöhnlich zwei Statorpolstücke auf, die entweder einzeln angefertigt und während des Zusammenbaus bezüglich des Mittelpunktes des Krümmungsradius jedes Statorpolstückes versetzt angeordnet werden, oder die direkt in einem Stück durch eine derartige Preßbearbeitung ausgebildet sind, daß die Statorpolstücke wie im ersten Fall voneinander versetzt angeordnet sind. Dieser asymmetrische Aufbau ist erforderlich, damit sich der Rotor in eine erforderliche Richtung drehen kann. Ein solcher Motor läuft nur in eine Richtung und dreht sich im typischen Pail um 180° bei jedem Eingangs Schrittimpuls.

Es sind verschiedene Arten von Umkehrschrittmotoren für elektronische Uhren vorgeschlagen worden, um eine Korrektur der durch Elemente, wie einen Sekundenzeiger, einen Minutenzeiger oder einen Stundenzeiger, dargestellten Zeit zu ermöglichen. Diese Motoren enthalten gewöhnlich zwei Antriebswicklungen und mehr als drei Statorpolstücke, wodurch diese Motoren relativ groß werden. Wenn der Schrittmotor mehrere Statorpolstücke aufweist, die einander überlappen, hat die Konstruktion notwendigerweise eine größere Dicke. Zusätzlich wird die Antriebs schaltung relativ kompliziert, da zum Antrieb des Rotors vierphasige impulse erzeugt werden müssen.

Um diese bei herkömmlichen Schrittmotoren auftretenden Schwierigkeiten zu überwinden, ist bereits ein verbesserter Umkehrschrittmotor vorgeschlagen worden. Dieser enthält hauptsächlich zwei Statorpolstücke, die an der inneren Umfangsflache jedes Statorpolstückes mit Einschnitten versehen sind, wodurch ein Rotor auf eine Achse des statischen Gleichgewichtes stabil ist, die unter einem gegebenen Winkel bezüglich der mittleren Achse zwischen den zwei Statorpolstücken vorgesehen ist. Bei dieser Anordnung kann der Rotor in eine erforderliche Richtung dadurch gedreht werden, daß Antriebsimpulse an eine Antriebswicklung ge-

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legt werden. Die Umkehrdrehung des Rotors kann durch eine Steuerung der Versorgung der Intriebswicklung mit zweiphasigen Antriebsinpulsen erreicht werden. Wenn bei diesem Hilfsmittel die Rotorpole und die Phase des der Antriebs wicklung gelieferten Antriebsimpulses außer Übereinstimmung kommen, . dreht sich der Rotor in die falsche Richtung. Diese Art eines Schrittmotors ist daher für eine elektronische Uhr nicht geeignet, bei der eine genaue Korrektur für den Stundenzeiger, den Minutenzeiger oder den Sekundenzeiger erforderlich ist.

Demgegenüber ist der Schrittmotor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Steuereinheit, die elektrisch mit der Antriebswicklung verbunden ist und eine Einrichtung zum Erregen der Antriebswicklung enthält, um elektromagnetisch die statische Gleichgewichtslage zu einer bestimmten Stelle zu verschieben.

Durch die Erfindung wird somit ein Schrittmotor für eine elektronische Uhr mit einem Permanentmagneten als Rotor, einem Stator und einer Antriebswicklung geliefert, der wenigstens einen statischen Gleichgewichtspunkt für den Rotor aufweist. Die Antrieb swicklung ist so angeordnet, daß sie durch einen Strom erregt werden kann, der kleiner als der Antriebsstrom ist, so daß der Stator auf erforderliche Polaritäten mit geringer Flußintensität erregt wird, wodurch der statische Gleichgewichtspunkt für den Rotor elektromagnetisch zu einer willkürlichen Stelle verschoben wird, damit sich der Rotor in irgendeine gewünschte Richtung drehen kann.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert:

Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines bekannten Schrittmotors.

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Figur 2A zeigt in einer schenatiscjien Ansicht ein bevorzugtes
Ausführungs.beispiel des erf indungs gemäßen Schrittmotors und einen Rotor, der in seine normale Richtung gedreht wird.

Figur 2B zeigt eine ähnliche Ansicht wie Figur 2A, jedoch einen Rotor, der in seine Umkehrrichtung gedreht wird.

Figur 3A, J3 und 30 erläutern die Lage des Rotors, wenn er in
die normale Richtung gedreht wird.

Figur 4A, 4-B und 4-C erläutern die Lage des Rotors, wenn er in
die Umkehrrichtung gedreht wird.

Figur 5 zeigt ein Blockschaltbild einer elektrischen Schaltung für eine elektronische Uhr, die einen erfindungsgeinäßen Schrittmotor enthält.

Figur 6 zeigt im einzelnen die elektrische Schaltung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Teiles des in Figur 5 dargestellten Blockschaltbildes.

Figur 7 zeigt die Wellenformen der verschiedenen, durch die in Figur 6 dargestellte Schaltung erzeugten Impulse.

Figur 8 zeigt ein Drehmomentdiagramn, in dem das Drehmoment

gegenüber dem Drehwinkel des Rotors in seiner normalen Drehrichtung aufgetragen ist.

Figur 9 zeigt ein Drehmomentdiagramm, in dem das Drehmoment

gegenüber dem Drehwinkel des Rotors bei seiner Drehung in Umkehrrichtung aufgetragen ist.

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Figur 10 zeigt· im einseinen die elektrische Schaltung eines zweiten "bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Teils des in Figur 5 dargestellten Blockschaltbildes.

Figur 11 zeigt in einem Diagramm die Wellenformen der verschiedenen durch die in Figur 10 dargestellte elektrische Schaltung erzeugten Impulse.

Figur 12A und 12B zeigen in Graphiken die Beziehung zwischen vergrößerten Teilen der hochfrequenten, an der Antriebswicklung des in Figur 2 dargestellten Schrittmotors liegenden Impulse und dem durch die Antriebswicklung fliessenden mittleren Strom.

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- si -

In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines bekannten Schrittmotors für eine elektronische Uhr aargestellt. Der Schrittmotor umfaßt in der dargestellten Weise einen Permanentmagneten als Rotor 10, der in einem von einem Stator 14- gebildeten Luftzwischenrauin 12 derart angebracht ist, daß er sich frei drehen kann. Der Stator 14 weist Statorpolstücke 16 und 18 auf, die durch ein langgestrecktes magnetisch permeables Element 20 magnetisch miteinander gekoppelt sind. Eine Antriebswicklung 22 ist um das langgestreckte magnetisch permeable Element 20 gewickelt. Die Statorpolstücke 16 und 18 haben Einschnitte 16a und 18a, die auf einer Achse V-V ausgebildet sind, um auf dieser Achse einen maximalen magnetischen Flußwiderstand vorzusehen. Bei dieser Anordnung ist der Rotor auf einer Achse X-X' des statischen Gleichgewichts stabil, die die Punkte 16b und 18b der Statorpolstücke 16 und 18 jeweils unter einem Winkel <*. bezüglich der zentralen Achse Y-Y¹ der Luftspalte 24- und 24' zwischen den Statorpolstükken 16 und 18 schneidet. Da der statische Gleichgewichtswinkel größer als der Umkehrdrehwinkel ß bei einer Achse W-W ist, ist der Rotor 10 nur in eine Richtung drehbar.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schrittmotors ist in den Figuren 2A und 2B dargestellt, wobei entsprechende Bauteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, die in Figur 1 verwandt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel steht die Antriebswicklung 22 des Schrittmotors mit einer Steuereinheit 26 in Verbindung, die zur Versorgung der Antriebs wicklung 22 des Schrittmotors mit Antriebsimpulsen angeordnet ist, um den Rotor 10 in eine erforderliche Richtung zu drehen. Wenn der Rotor 10 in die umgekehrte Richtung gedreht werden soll, liefert die Steuereinheit 26 der Antriebswicklung 22 einen Erregerstrom mit niedrigem Strompegel, um die statische Gleichgewichtslage des Rotors 10 zu einer willkürlichen Lage, d.h. auf eine Achse Z-Z', elektromagnetisch zu verschieben, die elektromagnetisch vorgesehene statische Gleichgewichtspunkte 18e und 16e der Statorpolstücke 18 und 16 jeweils schneidet. Danach

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werden, Antriebsimpulse mit einer der Polarität des Erregerstromes entgegengesetzten Polarität an die Antriebswicklung 22 gelegt und wird somit der Rotor 10 in seine Umkehr richtung gedreht.

In Figur 5 ist ein Blockschaltbild einer elektrischen Schaltung für eine elektronische Uhr dargestellt, die die oben erwähnte Steuereinheit 26 enthält. Die elektronische Uhr umfaßt eine Frequenzsignalquelle 28, die ein Hochfrequenz signal liefert, einen Frequenzwandler 30,um ein niederfrequentes Antriebssignal zu erzeugen, eine Steuereinheit 26, die mit einem Steuerschalter 32 verbunden ist und einen Antriebsstromkreis 34, der mit der Steuereinheit 26 und der Antriebswicklung 22 des Schrittmotors verbunden ist.

Wie es in Figur 6 dargestellt ist, umfaßt die Steuereinheit 26 eine Impulserzeugungsschaltung 39, die eine erste und eine zweite Flip-Flop-Schaltung 40 und 4-2 enthält, die mit dem Frequenzwandler 30 verbunden sind und Taktimpulse 0o und "0Ö relativ hoher Frequenz empfangen, die in Figur 7 dargestellt sind. Die erste und die zweite Flip-Flop-Schaltung 40 und 42 können Data-Typ-Flip-Flop-Schaltungen sein, deren Taktsteuerklemmen mit einer Zwischenstufe des Frequenzwandlers 30 verbunden sind, wie es in Figur 6 dargestellt ist, und die Ausgangsimpulse 01 und 02 relativ niedriger Frequenz erzeugen, wie sie in Figur 7 dargestellt sind. Die Steuereinheit 26 enthält auch einen ersten Schaltkreis 43, der zwischen die Impulserzeugungsschaltungen 39 und den Antriebsstromkreis 34- geschaltet ist, um dessen Versorgung mit Ausgangsimpulsen zu steuern. Wie es in Figur 6 dargestellt ist, weist der erste Schaltkreis 43 ein erstes und ein zweites ITAFD—Glied 44 und 46 auf. Das erste ITAITD-Glied 44 empfängt an einem seiner Eingänge die Ausgangsimpulse 01 und an seinem anderen Eingang ein Ausgangs signal d von einem dritten ITAKD-Glied 48, um die in Figur 7 dargestellten Ausgangsimpulse f zu erzeugen. In ähnlicher Weise empfängt das zweite FAtTD-GIied 46 an einem seiner Eingänge die Ausgangsimpulse 02 und gleichfalls an seinem anderen Eingang

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v/t.

ein Ausgangssignal e von einem vierten NAND-Glied 50, "um die in Figur 7 dargestellten Ausgangsimpulse g zu erzeugen. Die Ausgangsimpulse f des ersten NAND-Gliedes 44 liegen am Rücksetzeingang einer Flip-Flop-Schaltung 52 und über ein ODER-Glied 56, das auch ein Schaltelement des ersten Schaltkreises 43 darstellt, am Setzeingang einer Flip-Flop-Schaltung 54. In ähnlicher Weise liegen die Ausgangsimpulse g des zweiten NAND-Gliedes 46 am Setzeingang der Flip-Flop-Schaltung 52 und über das ODER-Glied 56 am Setseingang der Flip-Flop-Schaltung 54. Ein Rücksetzeingang der Flip-Flop-Schaltung 54 steht mit dem Steuerschalter 32 in Verbindung. Der Steuerschalter 32 x^eist einen ortsfesten, mit der positiven Energieversorgungsklemme VDD verbundenen Kontakt 32a, einen mit der Ilasseseite der Energiequelle verbundenen ortsfesten Kontakt 32b und einen beweglichen Kontaktarm 32c auf, der normalerweise in Eingriff mit dem ortsfesten Kontakt 32a gehalten wird. Ein Ausgang b der Flip-Flop-Schaltung 52 steht mit einem Eingang des dritten NAND-Gliedes 48 in Verbindung, an dessen anderem Eingang das Ausgangssignal a der Flip-Flop-Schaltung 54 liegt. Das Ausgangssignal a der Flip-Flop-Schaltung 54 liegt auch am vierten ITAND Glied 50, an dem gleichfalls das Ausgangssignal c der Flip-Flop-Schaltung 52 anliegt. Das Ausgangssignal d des dritten NAND-Gliedes 48 liegt am ersten NAND-Glied 44, wie es im vorhergehenden beschrieben wurde. Wenn der Steuerschalter 32 zum Zeitpunkt ti in Figur 7 betätigt wird, liefert das vierte NAND-Glied 50 ein Ausgangssignal e, das am zvreiten NAND-Glied 46 liegt. Der Steuerschalter 32 steht auch mit einer Flip-Flop-Schaltung 58 in Verbindung, die ein Ausgangssignal h erzeugt. Das Ausgangssignal h liegt an einem zweiten Schaltkreis 59> der ein erstes und ein zweites TJiTD-Glied 60 und 62 enthält, an denen .jeweils die Taktimpulse 0o und ]3ö" des Frequenzwandler 30 anliegen. Der Ausgang des ersten UND-Gliedes 60 ist mit einem ODER-Glied 64 verbunden, an dem gleichfalls das Ausgangssignal f des ersten NAND-Gliedes 44 anliegt. In ähnlicher V/eise steht der Ausgang des zweiten TJlTD-GIiedes 62 mit einem ODER-Glied 66 in Verbindung, an dem ebenfalls das Ausgangssignal g des zweiten NAND-Gliedes 46 anliegt

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- st -

Der Antriebsstromkreis 34- umfaßt P-Kanal-MOS-Transistoren 63 und 70 zum Erzeugen von Antriebsimpulsen relativ großer Amplitude, deren Gate-Anschlüsse so geschaltet sind, daß sie ^jeweils die Ausgengssignale f und g empfangen. Der Source-Anschluß des P-Kanal-Transistors 68 steht mit einer positiven Energiequelle VDD in Verbindung und sein Drain-Anschluß ist mit dem Verbindungspunkt 72 zwischen den Drain-Anschlüssen eines P-Kanal-Transistors 74 lind eines N-Kanal-Transistors 76 gekoppelt. Der Source-Anschluß des P-Eanal-Transistors 74- ist mit der positiven Energiequelle VDD gekoppelt und der Source-Anschluß des E-Kanal-Transistors 76 liegt ,an Masse. Die Gste-Anschlüsse des P-Kanal-Transistors 74- und des H-Kanal-Transistors 76 sind bei 78 miteinander gekoppelt und stehen mit einer Klemme des zweiten ODER-Gliedes 64- in Verbindung. Der Verbindungspunkt 72 ist mit einem Anschluß der Antriebswicklung 22 gekoppelt. In ähnlicher Weise ist der Gate-Anschluß des P-Kanal-Transistors 70 mit dem Ausgang des zweiten NAITD-Gliedes 46 gekoppelt und liegt sein Source-Anschluß an der positiven Energiequelle VDD. Der Drain-Anschluß des P-Kanal-Transistors 70 ist mit einem Verbindungspunkt 80 zwischen den Drain-Anschlüssen eines P-Kanal-Transistors 82 und eines N-Kanal-Transistors 84 gekoppelt. Die Gate-Anschlüsse des P-Kanal-Transistors 82 und des IT-Kanal-Transistors 84· sind am Verbindungspunkt 80 miteinsnder gekoppelt und stehen mit dem Ausgang des dritten ODER-Gliedes 66 in Verbindung. Der Verbindungspunkt 80 liegt an dem anderen Anschluß der Antriebswicklung 22.. Die P-Kanal-Transistoren 74- und 82 haben relativ hohe Ohm'sche Ausgangswiderstände.

Figur 8 zeigt in einem Diagramm das Drehmoment aufgetragen in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Rotors in seiner MOrmalrichtung. In Figur 8 ist mit P1 die Antriebskraft bezeichnet und stellt T1 das Haltedrehmoment dar, das durch die Anziehungskräfte der auf den Rotor einwirkenden Statorpolstücke hervorgerufen wird. Figur 9 zeigt in einem Diagramm das Drehmoment aufgetragen gegenüber dem Drehwinkel des Rotors in seiner Umkehrrichtung. In Fi-

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gur 9 bezeichnet P2 die Antriebskraft und bezeichnen P3 "und P4 di.e Anziehungsdrehmomente, die von sn der Antriebswicklung liegenden Impulsen geringer Amplitude verursacht v/erden·

Wie oben erwähnt, wird der bewegliche Kontaktarm 32c des Steuerschalters 32 normalerweise mit dem ortsfesten Kontakt 32a in Kontakt gehalten, der mit der positiven Energieversorgungsklemme verbunden ist. In dieser Stellung ist das Ausgangssignal h der Flip-Flop-Schaltung 58 niedrig, so daß die HO-Glieder 60 und 62 gesperrt sind. Als Folge davon liegen die Ausgangsimpulse W\ und ~$2 von den UND-Gliedern 44- und 46 am Antriebsstronkreis 34. In diesem Fall liegt zuerst ein 01-Impuls an der Antriebswicklung 22. Sofort wird das Statorpolstück 16 zum Nordpol und das Statorpolstück 18 zum Südpol. In diesem Zustand wird der Nordpol des Rotors 10 durch die Nordpolarität des Statorpolstükkes 16 abgestoßen und durch die Südpolarität des Statorpolstückes 18 angezogen. Gleichzeitig wird der Südpol des Rotors 10 durch die Südpolarität des Statorpolstückes 18 abgestoßen und durch die Nordpolarität des Statorpolstückes 16 angezogen. Folglich wird der Rotor 10 veranlaßt, sich in der normalen Richtung, d.h. im Uhrzeigersinn, um einen Winkel von 90° von der in Figur 2A dargestellten stationären Lage zur in Figur 3-A- dargestellten stationären Lage zu drehen. In Figur 3A liegt der Nordpol des Rotors 10 in einer Linie mit der den Punkt 18'a schneidenden Achse V-V. Diese Stellung entspricht dem Punkt X in Figur 8, bei dem T1 gleich Null ist. Der statische Gleichgewichtspunkt 16b, an dem der Nordpol des Rotors 10 vorher stationär war, entspricht dem Punkt R in der Drehmoment kurve von Figur 8. Wie es in Figur 8 dargestellt ist, hat das Drehmoment T1, das am Rotor 10 liegt, nach dem Erreichen des Punktes 18'a in Figur 3A durch den Nordpol einen positiven Wert. Als Folge davon setzt der Rotor 10 seine Drehung fort, bis sein Nordpol auf einer Linie mit der Achse X-X' liegt, die den Pankt 18b in Figur 3B schneidet. Diese Stellung entspricht dem Punkt Z in Figur 8. An dieser

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Stelle ist zu beachten, daß es wünschenswert ist, die Breite der 01-Impulse dem am Eotor 10 anliegenden Lastdrehmoment entsprechend festzulegen, obwohl der Rotor 10 in die dem Punkt X in Figur 8 entsprechende Lage infolge seiner kinetischen Energie selbst dann gedreht werden kann, wenn das Anliegen des 01-Impulses an der Antriebswicklung 22 unterbrochen wird, bevor der Nordpol des Rotors 10 die dem Punkt X entsprechende Stellung erreicht hat. Da die Summe aus der Antriebskraft P1 und dem Drehmoment T1 am Punkt W (dem elektromagnetisch statischen Punkt) 0 ist, an dem sich das Drehmoment 11 in einem positiven Bereich befindet und der Rotor 10 bestrebt ist', sich gegen den Punkt ¥ hin zu drehen, kann die Impulsbreite des Antriebspulses so gewählt werden, daß sie einen großen V/ert hat. Ss ist jedoch wünschenswert, daß die Impulsbreite auf einen Wert in der Größenordnung von "beispielsweise 16 Millisekunden festgelegt wird, un den Energieverbrauch so klein v;ie möglich zu halten.

Gewöhnlich kann die Bewegungsgleichung eines Umkehr Schrittmotors mit einem Permanentmagneten als Rotor in der folgenden Form dargestellt werden:

, 2_Q

CL ϋ ... U.C7 , f π\ί f λ-·\ mf r\\ ~ ff\\ (ΛΛ

dt

Α(θ) -f|- + Ri(t) = E (2)

wobei J = Trägheitsmoment des Rotors,

/U = dynamischer Widerstandskoeffizient, A(O) = Drehmomentkoeffizient oder Koeffizient der elektromechanischen Kopplung,

T(O) = Anziehungskraft zwischen Stator und Rotor, θ = Rotationswinkel des Rotors,

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i(t) = Antriebsstrom,

L = Induktivität der Antriebswicklung des Schrittmotors, R = Widerstand der Antriebswicklung des Schrittmotors, Ξ = Vorspannung,
<* = Phasenwinkel der Anziehungskraft T bezüglich der

Mittellinie der Spalte zwischen den Statorpolstücken, und
ρ(Θ) = Lastdrehmoment.

Der Koeffizient der elektromechanischen Kopplung und die Anziehungskraft des in einer elektronischen Uhr verwandten Schrittmotors werden gewöhnlich in der folgenden Weise in Bezug auf die Mittellinie der Luftspalte zwischen den Statorpolstücken ausgedrückt:

Α(θ) = Ao sin (Θ + -— ) (3)

T(20 +<=O = To sin (2Θ +<*) (4-)

P = A(9)i(t) = Ao sin (Θ + -ξ-) · i(t) (5) wobei P das Antrxebsdrehmoment ist.

Wenn ein 01-Impuls an der Antriebswicklung 22 angelegt wird, wird der Rotor 10 um 180° von der in Figur 2A dargestellten Stellung zu der in Figur 3B dargestellten Stellung gedreht, wie es im vorhergehenden beschrieben xrarde. In dieser Lage wird der Nordpol des Rotors 10 nach einer leicht gedämpften Schwingung auf der Achse Zl-X' des statischen Gleichgewichts stationär, die den PdHkt 18b in Figur 3B schneidet, der dem Punkt Z in Figur 8 entspricht. Das beruht auf der Tatsache, daß der Faktor Ai in der obigen Gleichung (1) relativ klein ist. Wenn dieser Faktor /U ausreichend groß wird, kann es nöglich sein, den Rotor 10 kritisch zu bremsen.

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Es sei angenommen, daß in der in Figur 33 dargestellten Stellung des Rotors 10 einer der in Figur 7 dargestellten 02-Iapulse an die Antriebswicklung 22 gelegt wird. In diesem Fall wird das Statorpol stück 16 der Südpol und das Statorpolstück 18 der ITordpol, wie es in Figur 3C dargestellt ist. Unter diesen Umständen wird der Ifordpol des Rotors 10 durch die Uordpolarität des Statorpolstückes 18 abgestoßen und durch die Südpolarität des Statorpolstücks 16 angezogen. Gleichzeitig wird der Südpol des Rotors 10 durch die Südpolarität des Statorpolstückes 16 abgestossen und durch die BOrdpolarität des Statorpolstücks 18 angezogen-Folglich wird der Rotor 10 in die normale Richtung, d.h. im Uhrzeigersinn gedreht, bis die Pole des Rotors 10 in einer Linie mit der Achse X-Z¹ des statischen Gleichgewichtes liegen, wie es in Figur 2A dargestellt ist. Wenn anschließend die Impulse 01 und 02 wechselweise an die Antriebswicklung 22 gelegt werden, setzt der Rotor 10 seine Drehung in die normale Richtung fort.

Wie es in Figur 6 dargestellt ist, wird der bewegliche Kontaktarm 32c des Steuerschalters 32 gewöhnlich mit der positiven Energi ever sorgungs klemme in Eontakt gehalten, wie es im vorhergehenden erwähnt wurde. In diesem Fall ist die Flip-Flop-Schaltung 5^- rückgesetzt und kommt das Ausgangssignal a der Flip-Flop-Schaltung 54 auf einen niedrigen Pegel, wodurch die HABD-Glieder 48 und 50 gesperrt sind. Dementsprechend kommen die Ausgengssignale d und e der NAND-Glieder 48 und 50 auf einen hohen Pegel, so daß die NAND-Glieder 44 und 46 die Eingangsimpulse 01 und 02 durchlassen können- Die Ausgangssignale W\ "und "02 der HArTD-Glieder 44 und 46 werden dem Antriebsstromkreis 34 zugeführt. Wenn diese Impulse fehlen, kommen die Gate anschlüsse der HOS-Transistoren 76 und 84 auf einen hohen Pegel und gehen diese Transistoren dadurch in den leitenden Zustand über- Beide Anschlüsse der Antrieb swicklung 22 sind daher an den ITull-Pegel geklemmt. Es sei nun angenommen, daß ein 01-Impuls an den Antriebsstromkreis 34 angelegt wird. Unter diesen Umständen wird der Impuls W\ direkt an den Gateanschluß des P-Kanal-Transistors 68 angelegt, der

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folglich leitend wird. Der ^T-Impuls liegt über das ODER-Glied 64· auch an den Gateansclilüssen des P-Kanal-Transistors 74 und des.N-Kanal-Transistors 76. Der P-Kanal-Transistor 74 wird leitend und der N-Kanal-Transistor 76 wird nicht leitend. Da unter diesen Umständen die Widerstände der Transistoren 7^ und 72 grosser als der Widerstand der Antriebswicklung 22 sind, fließt der Antriebsstrom, durch den Transistor 68, über den Verbindungspunkt 72, durch die Antriebswicklung 22 und über den Verbindungspunkt 80 zum Transistor 84. Wenn in ähnlicher Weise ein Impuls "02. an die Gateanschlüsse der Transistoren 70, 82 und 84 gelegt wird, werden die Transistoren 70 und 82 leitend und wird der Transistor 84 nicht leitend. Daher fließt der Antriebsstrom durch den Transistor 70, über den Verbindungspunkt 80, durch die Antriebswicklung 22 und über den Verbindungspunkt 72 zum Transistor 76. Wenn in dieser Weise Impulsketten ffi\ und W2. des Antriebs Stromkreis 34 geliefert werden, wird eine Drehung des Rotors 10 des Schrittmotors in die normale Richtung bewirkt, wie es bereits im vorhergehenden erwähnt wurde.

Wenn zum Zeitpunkt ti in Figur 7 äer bewegliche Kontaktarm 32c des Steuerschalters 32 in Kontakt mit dem ortsfesten Kontakt 32b gebracht wird, der mit der Masseseite der Energieversorgung verbunden ist, kommt das Ausgangssignal a der Flip-Flop-Schaltung auf einen hohen Pegel. Da zu diesem Zeitpunkt das Ausgangssignal b der Flip-Flop-Schaltung 52 auf den Eingangsimpuls 100 (02),der vor dem Zeitpunkt ti anliegt, auf einem hohen Pegel liegt, befindet sich das Ausgangssignal d des NAND-Gliedes 48 auf einem niedrigen Pegel, wodurch das NAND-Glied"44 gesperrt wird. Dementsprechend wird der nächste Impuls 102 der Impulskette 01 durch das NAND-Glied 44 gesperrt. Da andererseits das Ausgangssignal h der Flip-Flop-Schaltung 58 auf einem hohen Pegel liegt, werden die UND-Glieder 60 und 62 geöffnet. Die Taktimpulse 0o und "0o werden dadurch durch die UND-Glieder 60 und 62 durchgelassen und über die ODER-Glieder 64 und 66 an den Antriebsstromkreis 34- gelegt. Der Taktimpuls 0o liegt sofort an den Gateanschlüssen der

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Transistoren 74 und 76 des Antriebsstromkreises 34. Denentsprechend wird der Transistor 74- leitend und wird der Transistor 76 nicht leitend. Somit liegt ein mit 105 in Figur 7 "bezeichnetes ITxederspannungssignal an der Antriebsx\^ricklung 22 des Schrittmotors. Unter diesen Umständen wird das Statorpolstück 15 zum ITordpol mit niedriger Flußintensität "und .wird das Statorpolstück 13 zu einem Südpol mit niedriger I¹IuBintensität, wenn der Rotor 10 stationär auf der Achse X-X' des statischen Gleichgewichtes ist, wie es in Figur 2A dargestellt ist. Folglich wird der Nordpol des Rotors. 10 durch die schwach erregte Nordpolarität des Statorpolstücks 16 abgestoßen und durch die schwach erregte Südpolarität des Statorpolstücks 18 angezogen. Gleichzeitig wird der Südpol des Rotors 10 durch die schwach erregte Südpolarität des StatorpolStücks 18 abgestoßen und durch die schwach erregte Kordpolarität des Statorpolstücks 16 angezogen. Dementsprechend wird der Rotor 10 dazu gebracht, sich in der normalen Richtung, d.h. im Uhrzeigersinn, von der ersten Stellung des statischen Gleichgewichts, die in Figur 2A dargestellt ist, zur zxveiten Stellung des statischen Gleichgewichts auf der Achse Z-Z' in Figur 2B zu drehen. In dieser Stellung liegt der ITordpol des Rotors 10 in einer Linie mit dem Punkt I8e in Figur 2B, der dem Punkt V in Figur 9 entspricht, an dem die Summe der Antriebskraft P3 die von dem an der Antriebswicklung 22 liegenden ITiederspannungssignal verursacht wird, und des Drehmomentes T2 gleich Kuli ist. An diesem Punkt ist der Rotor 10 auf der Achse Z-Z.' des zweiten statischen Gleichgewichts stationär.

Da andererseits das Ausgangs signal c der Flip-Flop-Schaltung 52 sich auf einem niedrigen Pegel befindet, liegt das Ausgangssignal e des NAND-Gliedes 50 auf einem hohen Pegel, wodurch das NAND-Glied 46 geöffnet wird. Folglich wird ein 02-Taktimpuls durch das iTAlTD-Glied 46 eingeblendet, um einen Ausgangsimpuls "Wl zu liefern, der in Figur 7 mit 104· bezeichnet ist. Dieser "^2-Ausgangsimpuls liegt an der Flip-Flop-Schaltung 5^Z;-j die folglich rückgesetzt wird. Somit kommt das Ausgangssignal a der

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Flip-Flop-Schaltung 5^· auf einen niedrigen Pegel und konmt das Ausgangssignal d des NAITD-Gliedes 4-8 auf einen hohen Pegel, so daß das KAxTD-GIie& ^l\A- einen 01 -Taktimpuls durchlassen kann. Wenn folglich der Impuls ψ2 an die Antriebswicklung 22 gelegt wird, während der Rotor 10 auf der Achse Z-Z¹ des zweiten statischen Gleichgewichts stationär ist, wie es in Figur 2B dargestellt ist, wird das Statorpolstück 16 zum Südpol und das Statorpolstück zum Fordpol. In diesem Fall wird der Nordpol des Rotors 10 durch die Hordpolarität des Statorpolstücks 18 abgestoßen und durch die Südpolarität des Statorpolstücks 16 angezogen. Gleichzeitig wird der Südpol des Rotors 10 durch die Südpolarität des Statorpolstücks 16 abgestoßen und durch die Nordpolarität des Statorpolstücks 18 angezogen. Dementsprechend vrird der Rotor 10 gezwungen, sich in die Umkehrriehtung, d.h. entgegen dem Uhrzeigersinn, zu drehen, wie es in Figur 4-A dargestallt ist. Die auf den Rotor 10 wirkende Antriebskraft P2 vrird gleich EuIl, wenn sein Nordpol den Punkt 16d in Figur 4-A, d.h. den Punkt Y' in Figur erreicht. Der Rotor 10 setzt jedoch seine Drehung in die Unkehrrichtung wegen seiner kinetischem Energie fort, die die entgegengerichtete Anziehungskraft überwindet, die auf den Rotor 10 einwirkt. Somit wird der Rotor 10 den Punkt Z¹ in Figur 9 erreichen, an dem das Drehmoment 'T2 gleich Null ist, und sich infolge seiner kinetischen Energie und des auf ihn wirkenden positiven Drehmoments zur nächsten statischen Gleichgewichtsstellung weiterdrehen. Es ist anzumerken, daß der untere Grenzwert der Dauer des Antriebsimpulses in der gleichen Weise bestinmt werden kann, wie es bei der Drehung des Rotors 10 in seiner normalen Richtung der'Fall ist. Da jedoch die Summe der Antriebskraft P2 und des Drehmomentes T2 am Punkt ¥1' in Figur 9 gleich Null ist, und sich in diesem Fall das Drehmoment T2 in einem negativen Bereich befindet, führt eine größere Impulsbreite des Antriebsimpulses dazu, daß der Rotor zum Punkt ¥1' zurückkehrt, während der Antriebsimpuls anliegt und daß der Rotor das Bestreben hat, zu seinem anfänglichen statischen Gleichgewicht 16b oder

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18d in Figur 9 zurückzukehren, wenn die Lieferung des .Antriebsinpulses unterbrochen wird. Es ist daher wünschenswert, daß die Impulsbreite des Antriebsimpulses nicht extrem groß gewählt wird. In diesem Fall liegt die Impulsbreite des Antriebsimpulses vorzugsweise unter 16 Millisekunden.

V/enn die Lieferung des 02-Impulses, der in Figur 7 sit 104· bezeichnet ist, unterbrochen wird, wandert der JTordpol des Rotors 10 über den Punkt X' in Figur 9 hinaus. Da in diesem Fall der Taktimpuls W> an den Gateanschlüssen der Transistoren 82 und 84 des Antriebsstromkreises 34 liegt, wird der Transistor 82 leitend und wird der Transistor 84 nicht leitend. Folglich wird ein niederspannung s signal, das in Figur 7 nit 110 bezeichnet ist, an die Antriebswicklung 22 des Schrittmotors gelegt. Unter diesen Verhältnissen wird das Statorpolstück"16 zum Südpol mit niedriger Flußdichte und wird das Statorpolstück 18 zum Hordpol mit niedriger Flußdichte, wie es Figur 43 durch die in unterbrochenen Linien dargestellten Symbole H und S zeigt. Unter diesen Umständen ist die Summe der Antriebskraft P2, die durch die geringe Größe des Antriebsstromes hervorgerufen wird, der durch die Antriebswicklung 22 fließt, und des Drehmomentes T2 am Punkt V in Figur gleich ITuIl, der dem statischen Gleichgewichtspunkt Iod in Figur 4B entspricht, an dem der Fordpöl des Rotors 10 statisch ist. Venn in dieser Lage ein 01-Taktimpuls an die Antriebswicklung gelegt wird, wird das Statorpolstück 16 zum ITordpol und wird das Statorpolstück 18 zum Südpol. In diesem Augenblick wird der ITordpol des Rotors 10 durch die Fordpolarität des Statorpolstücks abgestoßen und durch den Südpol des Statorpolstücks 18 angezogen· Gleichzeitig wird der Südpol des Rotors 10 durch die Südpolarität des Statorpolstücks 18 abgestoßen und durch die ITordpolsrität des Statorpolstücks 16 angezogen. Der Rotor 10 wird somit gezwungen, sich in die Umkehrrichtung um 180° in die in Figur dargestellte Stellung zu drehen. Auf diese Weise wird der Rotor 10 durch die wechselweise an der Antriebswicklung 22 liegenden Taktimpulse in die Umkehrrichtung gedreht.

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Ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Steuereinheit ist in Figur 10 dargestellt, in der ähnliche oder entsprechende Schaltelemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in Figur 6 bezeichnet sind. Bei diesem dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die zweite Schalteinrichtung 59' ein erstes und ein zweites UND-Glied 120 und 122. Das erste UM)-GIied 120 weist drei Eingänge auf, die mit dem Ausgang des Frequenzwandlers 30, dem Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 58 und einem Ausgang eines höher frequente Impulse erzeugenden Verknüpfungsgliedes 124 verbunden sind, dessen Eingänge mit Zwischenstufen des Frequenzwandlers 30 gekoppelt sind. Der Ausgang j des ersten UND-Gliedes 120 ist mit dem Antriebsstromkreis 34-' gekoppelt. In ähnlicher Weise weist das zweite UND-Glied 122 drei Eingänge auf, die mit dem Ausgang des Frequenzwandlers 30» dem Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 58 und dem Ausgang des höher frequente Impulse erzeugenden Verknüpfungsgliedes 124 gekoppelt sind. Der Ausgang k des zweiten UND-Gliedes 122 ist mit dem Antriebsstromkreis 34' gekoppelt. Die in dieser Weise aufgebaute zweite Schalteinrichtung 59' spricht auf das Ausgangs signal h von der Flip-Flop-Schaltung 58 an, um einen Stoß höher frequenter Impulse j und k zu erzeugen, wie es in Figur 11 dargestellt ist, und um dadurch den Stator des Schrittmotors auf die erforderlichen Polaritäten mit geringer Flußintensität zu erregen, wie es im folgenden im einzelnen beschriebenwird. Diese Stoßsignale liegen an dem AntriebsStromkreis 34' , an dem gleichfalls die 01- und 02-Impulse von Inverters 126 und 128 liegen. Der Antriebsstromkreis 34' enthält ein erstes und ein zweites ODER-Glied 130 und 132 sowie Inverter 134 und 136, die mit den Ausgängen der ODER-Glieder 130 und 132 gekoppelt sind. Das erste ODER-Glied 130 weist zwei Eingänge auf, die mit dem Ausgang des UND-Gliedes 120 und mit dem Inverter 126 gekoppelt sind, so daß sie jeweils deren Ausgangssignale i und j empfangen, um ein Ausgangssignal P zu erzeugen, das in Figur 11 dargestellt ist. In ähnlicher Weise weist das zweite ODER-Glied 132 zwei Eingänge auf, die mit dem Ausgang des UND-Gliedes 122 und mit dem Inverter 128 gekoppelt sind, so daß sie jeweils deren Ausgangssignale

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k und 1 empfangen, um ein Ausgangs signal Q zu erzeugen, wie es in Figur 11 dargestellt ist.

Während des Betriebes wird der bewegliche Kontaktarm 32c des Steuerschalters 32 normalerweise mit dem ortsfesten Kontakt 32a in Kontakt gehalten, der mit der positiven Energieversorgungsklemme verbunden ist. Unter diesen Umständen befindet sich das Ausgangs signal h der Flip-Flop-Schaltung 58 auf einem niedrigen Pegel, so daß die UND-Glieder 120 und 122 der zweiten Schalteinrichtung 59' gesperrt sind. Gleichzeitig befindet sich das Ausgangssignal a der Flip-Flop-Schaltung 5^ auf einem niedrigen Pegel und kommen daher die Ausgangssignale d und e der NAND-Glieder 4-8 und 50 auf einen hohen Pegel, so daß die ITAUD-GIiader und 46 die Eingangsimpulse 01 und 02 durchlassen können. Die Ausgangssignale f und g werden durch die Inverter 126 und 123 umgekehrt und an die Eingänge der ODER-Glieder 130 und 132 des Antriebsstromkreises 34-' gelegt, so daß dieser wechselnde Antriebsimpulse erzeugt. Diese Antriebsimpulse liegen an der Antriebswicklung 22, so daß der Rotor in die normale Richtung gedreht wird, xtfie es in den Figuren 3A bis 3C dargestellt ist.

Wenn zum Zeitpunkt ti in Figur 11 der bewegliche Kontakt 32c des Steuerschalters 32 mit dem ortsfesten Kontakt 32b in Kontakt gebracht wird, der mit der Masseseite der Energieversorgung in Verbindung steht, kommt das Ausgangs signal a der Flip-Flop-Schaltung 54- auf einen hohen Pegel. Da zu diesem Zeitpunkt das Ausgangssignal b der Flip-Flop-Schaltung 52 sich auf den Eingangs impuls g (ß£) hin-auf einem hohen Pegel befindet, der vor dem Zeitpunkt ti angelegt wurde, liegt das Ausgangssignal d des NAND-Gliedes auf einem niedrigen Pegel, wodurch das NAND-Glied 44 gesperrt ist. Dementsprechend wird der nächste Impuls 142 der Impulskette f (£Ff) durch das NAND-Glied 44 gesperrt. Da andererseits das Ausgangssignal h der Flip-Flop-Schaltung 58 sich auf einem hohen Pegel befindet, sind die UND-Glieder 120 und 122 der zweiten Schalteinrichtung 59' geöffnet. Die Taktimpulse 0o und ~$ö und das Aus-

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- aer-

gangssignal des UND-Gliedes 124 werden dadurch durch, die UND-Glieder 120 und 122 eingeblendet, um die in Figur 11 dargestell- · ten Ausgangssignale j und k zu erzeugen. Vergrößerte Teile dieser Ausgangssignale sind als e(t) in Figur 12A dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt liegt nur das Ausgangssignal j an einem der Eingänge des ODER-Gliedes 130, das ein Ausgangssignal P erzeugt, das in Figur 11 mit 144 bezeichnet ist. Dieses Ausgangssignal liegt über den Inverter 134 an der Antriebswicklung 22 des Schrittmotors. Unter diesen Verhältnissen fließt ein Antriebsstrom 147 durch die Antriebswicklung, 22, so daß das Statorpolstück 16 zum Nordpol mit niedriger Flußintensität und das Statorpolstück 18 zum Südpol mit niedriger Flußintensität wird, wenn der Rotor 10 auf der Achse X-X' des statischen Gleichgewichts in Figur 2A stationär ist. Folglich wird der Nordpol des Rotors 10 durch die ■ schwach erregte Nordpolarität des Statorpolstücks 16 abgestoßen und durch die schwach erregte Südpolarität des Statorpolstücks 18 angezogen. Gleichzeitig wird der Südpol des Rotors 10 durch die schwach erregte Südpolarität des Statorpolstücks 18 abgestossen und durch die schwach erregte Nordpolarität des Statorpolstücks 16 angesogen. Dementsprechend wird der Rotor 10 veranlaßt, sich in die normale Richtung, d.h. im Uhrzeigersinn von der ersten statischen Gleichgewichtsstellung in Figur 2A zur zweiten statischen Gleichgewichtsstellung auf der Achse Z-Z' in Figur 23 zu drehen, in der der Rotor 10 stationär ist.

Da andererseits das Aus gangs sign al c der Flip-Flop-Schaltung 52 sich auf einem niedrigen Pegel befindet, liegt das Ausgangssignal e des NAND-Gliedes 50 auf einem hohen Pegel, wodurch das· NAND-Glied 46 geöffnet wird. Folglich wird ein 02-Taktimpuls durch das NAND-Glied 46 eingeblendet, um einen Ausgangsimpuls ~φΊ zu liefern, der in Figur 11 mit 146 bezeichnet ist. Dieser "j^-Ausgangsimpuls liegt an der Flip-Flop-Schaltung 5^? die folglich rückgesetzt wird. Somit kommt das Ausgangssignal a der Flip-Flop-Schaltung 5^ auf einen niedrigen Pegel und kommt das Ausgangssignal d des NAND-Gliedes 48 auf einen hohen Pegel, so daß das NAND-Glied 44 einen

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01-Taktimpuls durchlassen kann. Bas hat zur Folge, daß dann, wenn der Impuls ]2Γ2", der mit 148 in Figur 11 bezeichnet ist, an der Antriebswicklung 22 liegt und der Rotor 10 auf der Achse Z-Z' des zweiten statischen Gleichgewichts in Figur 2B stationär ist, ein Antriebsstrom 150 durch die Antriebs wicklung 22 fließt, so daß das Statorpolstück 16 zum Südpol und das Statorpolstück zum Hordpol wird. In diesem Augenblick wird der !Tor dp öl des Rotors 10 durch die Nordpolarität des Statorpolstücks 18 abgestossen und durch die Südpolarität des Statorpolstücks 16 angezogen. Gleichzeitig wird der Südpol des Rotors 10 durch die Südpolarität des Statorpolstücks 16 abgestoßen und durch die Uordpolarität des Statorpolstücks 18 angezogen. Dementsprechend wird der Rotor 10 gezwungen, sich in die Umkehrrichtung, d.h. entgegen deia "Uhrzeigersinn, zu drehen, wie es in Figur 4A dargestellt ist. Da die Antriebswicklung 22 mit einem Antriebsstrom großer Amplitude und einem Erregerstrom kleiner Amplitude versorgt wird, liegt am Rotor 10 ein erhöhtes Antriebs drehmoment, so daß der Rotor 10 sich mit einer höheren Drehzahl dreht. Es ist somit möglich, die Dauer des Antriebsimpulses während der Drehung des' Rotors 10 in Umkehrrichtung auf einen Wert unter demjenigen Wert des Antriebsimpulses herabzusetzen, der während der normalen Drehung des Rotors 10 anliegt.

Wenn die Lieferung des Antriebsimpulses 148 unterbrochen wird, wird ein Stoß hochfrequenter Impulse 152 über den Inverter 1J6 an die Antriebswicklung 22 gelegt. Unter diesen Umständen fließt ein Erregerstrom geringer Amplitude, der mit 154 bezeichnet ist, durch die Antriebswicklung 22. Dabei wird das Statorpolstück 16 zum Südpol mit geringer Flußintensität und wird das Statorpolstück 18 zum Nordpol mit geringer Flußintensität, wie es Figur 4B in durch unterbrochene Linien dargestellten Symbolen S und H zeigt. Unter diesen Umständen ist der Rotor 10 auf der Achse Z-Z' des zweiten statischen Gleichgewichts in Figur 4B statisch. Wenn in dieser Lage ein 01-Taktimpuls an die Antriebswicklung 22 gelegt wird, wird das Statorpolstück 16 zum Nordpol und wird das

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Statorpolstück 18 sum Südpol. Augenblicklich wird der Hordpol des Rotors 10 durch die Nordpolarität des Statorpolstücks 16 abgestoßen und durch die Südpolarität des Statorpolstücks 18 angezogen. Gleichzeitig "wird der Südpol des Eotors 10 durch die Südpolarität des Statorpolstücks 18 abgestoßen und durch die Nordpolarität des Statorpolstücks 16 angezogen. Somit wird der Eotor 10 gezwungen, sich in die Umkehrrichtung um 180 in die in Figur 2B dargestellte Stellung zu drehen. Auf diese Weise wird der Eotor 10 in die Umkehrrichtung durch die wechselweise an der Antriebswicklung 22 anliegenden Taktimpulse gedreht.

Es ist ersichtlich, daß praktisch kein Problem auftritt, wenn ein Stoß hoch frequenter Impulse an der Antriebswicklung 22 mit einer Frequenz von mehr als 100 Hertz liegt. Wenn in diesem Augenblick die hoch frequenten Impulse Wellenformen mit einem Tastverhältnis von 50 % haben, kann der mittlere Strom, der durch die Antriebswicklung 22 fließt, auf einer Höhe gleich der Hälfte der Stromspitze Im unabhängig von dem Widerstand und der Induktivität der Antriebswicklung und der Frequenz der an der Antriebswicklung liegenden Impulse gehalten werden, wie es in Figur 12B dargestellt ist. Es ist gleichfalls ersichtlich, daß es möglich ist, den Eotor des Schrittmotors dadurch kontinuierlich zu drehen, daß die hoch frequenten Impulsstöße kombiniert werden, um einen Ausgangsimpuls mit annähernd einer Wechselstromwellenform zu liefern.

Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, daß erfindungsgemäß ein statischer Gleichgewichtspunkt für die normale Drehung des Eotors eines Schrittmotors elektromagnetisch im Uhrzeigersinn um einen Winkel )f verschoben werden kann, wodurch der Eotor in die Umkehrrichtung drehbar werden kann. Es ist zu beachten, daß der statische Gleichgewichtspunkt auch in eine Eichtung entgegen dem Uhrzeigersinn verschoben werden kann, um das Ausgangsdrehmoment des Motors während seiner normalen Drehung zu erhöhen. Es ist \*eiterhin ersichtlich, daß die statischen Gleichgewichtspunkte

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elektromagnetisch sowohl für die normale Drehung als auch die Unkehrdrehung des Rotors geliefert werden können.

Zusätzlich kann der statische Gleichgewichtswinkel für den Rotor kleiner als ß gewählt werden, wodurch sich der Rotor in beide Eichtungen drehen kann. Wenn in diesem Fall der statische Gleichgewichtspunkt für den Rotor während der Unikehrdrehung des Rotors verschoben wird, kann das Ausgangs drehmoment des Motors während der Umkehrdrehung des Rotors erhöht werden.

Es darf daran erinnert werden, daß während der Umkehrdrehung des Rotors der Energieverbrauch infolge der Verwendung eines geringen Erregerstromes leicht ansteigt. Der Gesamtenergieverbrauch steigt jedoch infolge der geringen Dauer, über die der Erregerstrom anliegt, nicht stark an.

Weiterhin kann der statische Gleichgewichtspunkt für den Rotor über einen Winkel gleich der Hälfte eines Drehschrittes des Rotors, d.h. um 90 elektrische Grad, verschoben werden. Es wird somit möglich, den statischen Gleichgewichtspunkt für den Rotor auf irgendeine gewünschte Stelle zu verschieben, um einen maximalen Nutzeffekt zu erhalten.

Es versteht sich weiterhin, daß das Grundkonzept der vorliegenden Erfindung auch bei einem herkömmlichen Schrittmotor verwandt werden kann, der nur in eine einzige Richtung drehbar ist, so daß der Rotor auch in eine Umkehrrichtung gedreht werden kann.

Wenn weiterhin der statische Gleichgewichtswinkel okgrößer als ein Umkehrwinkelbsreich ß gewählt wird, ist es möglich, einen Umkehrschrittmotor zu liefern, bei dem selbst dann eins unerwünschte Drehung des Rotors in eine Umkehr richtung verhindert wird, wenn die Phase der an der Antriebswicklung des Schrittmotors anliegenden Taktimpulse und die Pole des Rotors infolge einer fehlerhaften Arbeitsweise aus der Übereinstimmung kommen. Eine

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mechanische, die Umkehrdrehung verhindernde Einrichtung, ist daher nicht erforderlich«

Weiterhin kann der Steuerschalter, der einen Teil der erfindungsgemäßen Steuereinheit bildet, mit einem äußeren Steuerelement, beispielsweise einem Schalter für eine elektronische Uhr zusammengeschaltet sein und zum Korrigieren der Stunden, Minuten oder Sekunden der Uhr verwandt werden. In diesen Fall kann die Antriebswicklung des Schrittmotors so angeordnet sein, daß sie Zeitkorrekturimpulse relativ hoher Frequenz empfängt, um eine schnelle Zeitkorrektur durchzuführen. Zusätzlich kann der erfindungsgemäße Schrittmotor so ausgelegt sein, daß er die Impulse zur schnellen Zeitkorrektur von einem Speicher empfängt, in dem die Stellungen des Stundenzeigers, des Minutenzeigers und des Sekundenzeigers gespeichert sind, wodurch diese Zeiger zur Korrektur der laufenden Zeit schnell nachgestellt werden können.

Im Vorhergehenden wurde die vorliegende Erfindung anhand bestimmter Ausführungsbeispiele erläutert, an denen verschiedene Änderungen oder Abwandlungen vorgenommen werden können. Beispielsweise kann die Steuereinheit so abgeändert werden, daß ein niedriger Erregerstrom dadurch durch eine Antriebswicklung eines Schrittmotors fließt, daß ein Erregerimpuls mit einer anderen Phase als der des Antriebs impulses und einer geringeren Dauer als der des Antriebsimpulses an die Antriebswicklung gelegt wird.

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Claims

Pat entansprü ehe

1. !Schrittmotor mit einem Permanentmagneten als Rotor, einem ^-— Stator mit einer Antriebsxri.cklung und Statorpolstücken, die elektromagnetisch mit der Antriebswicklung verbunden sind, wobei der Stator wenigstens einen statischen Gleichgewicht spunkt aufweist, an dem er stabil ist, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (26), die elektrisch mit der Antriebswicklung (22) verbunden ist und eine Einrichtung zum Erregen der Antriebsxd.cklung enthält, um elektromagnetisch die statische Gleichgewichtslage zu einer bestimmten Stelle (18e, 16e) zu verschieben.

2. Schrittmotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Antriebsstromkreis (3²O₁ der eine erste Einrichtung (68, 70) zum Erzeugen eines Antriebsstromes relativ hoher Amplitude und eine zweite Einrichtung zum Erzeugen eines Erregerstromes relativ niedriger Amplitude aufweist, durch den die Statorpolstücke auf bestimmte Polaritäten mit geringer Flußintensität erregt werden, um elektromagnetisch die statische Gleichgewichtslage zu der bestimmten Stelle zu verschieben-

3- Schrittmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (26) über einen !Frequenzwandler (30)» der eine erste Impulskette liefert, mit einer Frequenzsignalquelle (28) verbunden ist und daß die Einrichtung zum Erregen der Antriebswicklung der Steuereinheit eine Impulserzeugungseinrichtung (39) aufweist, die mit dem Frequenzwandler (30) gekoppelt ist, um eine zweite Kette von Impulsen mit anderen Phasen und einer niedrigeren Frequenz als die der ersten Kette von Impulsen zu erzeugen, wobei die erste Einrichtung (68, 70) des Antriebsstromkreises (34) auf die zweite Impulskette anspricht, um den Antriebsstrom zu erzeugen und wobei die zweite Einrichtung (74·, 76, 82, 84) des Antriebsstromkreises (34) auf die

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. . ORfGlNAL JNSPECTED -

- 26 -

erste Impulskette anspricht, um den Erregerstrom zu erzeugen.

4. Schrittmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erregen der Antriebswicklung der Steuereinheit eine erste Schalteinrichtung (43), die zwischen die Impulserzeugungseinrichtung (39) und die erste Einrichtung (68, 70) des Antriebsstromkreises geschaltet ist, und eine zweite Schalteinrichtung (59) aufweist, die zwischen den Frequenzwandler (30) und die zweite Einrichtung (74, 76, 82, 84) des Antriebsstromkreises (34) geschaltet ist.

5. Schrittmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erregen der Antriebswicklung der Steuereinheit einen Steuerschalter (32) aufweist, der zwischen die erste und die zweite Schalteinrichtung geschaltet ist, um deren Arbeitsweise zu steuern, wobei der Steuerschalter es normalerweise der ersten Schalteinrichtung erlaubt, die zweite Impulskette zur ersten Einrichtung des Antriebsstromkreises durchzulassen, und so betätigt werden kann, daß er es der zweiten Schalteinrichtung erlaubt, die erste Impulskette zur zweiten Einrichtung des Antriebsstromkreises durchzulassen.

6. Schrittmotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Antrieb sstromkreis (34¹), der Verknüpfungsglieder (30, 32) mit einem ersten und einem zweiten Eingang und einem Ausgang enthält, der mit der Antriebswicklung (22) gekoppelt ist·

7. Schrittmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (26) über einen Frequenzwandler (3°), der eine erste Kette vom Impulsen erzeugt, mit einer Frequenzsignalquelle (28) verbunden ist und daß die Steuereinheit eine erste Impulserzeugungseinrichtung (39)ι die mit dem Frequenzwandler (30) verbunden ist, um eine zweite Kette von Impulsen mit an-

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derer Phase "und einer niedrigeren Frequenz als die der ersten Kette von Impulsen zu erzeugen, und eine zweite Impulserzeugungseinrichtung (124) aufweist, die mit dem Frequenzwandler verbunden ist, um eine dritte Kette von Impulsen mit einer höheren Frequenz als der der ersten Kette von Impulsen zu erzeugen, wobei der erste und der zweite Eingang der Verknüpfungsglieder jeweils mit den Ausgängen der ersten und der zweiten Impulserzeugungseinrichtung verbunden sind, die Verknüpfungsglieder auf die zxveite Kette von Impulsen hin einen Antriebsstrom hoher Amplitude zum Betreiben des Rotors und auf die dritte Kette von Impulsen einen Erregerstrom niedriger Amplitude erzeugen, um elektromagnetisch die statische Gleichgewichtslage zu der bestimmten Stelle zu verschieben.

8. Schrittmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erregen der Antriebswicklung der Steuereinheit eine erste Schalteinrichtung (43), die zwischen die erste Impuls erz eugungs einrichtung (39) und den ersten Eingang der Verknüpfungsglieder (130^ 132) geschaltet ist, und eine zweite Schalteinrichtung (59') aufweist, die zwischen die zweite Impulserzeugungseinrichtung (124·) und den zweiten Eingang der Verknüpfungsglieder (13Oi 132) geschaltet is

9. Schrittmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit weiterhin einen Steuerschalter (32) aufweist, der funktionsmäßig mit der ersten und der zweiten Schalteinrichtung verbunden ist und die erste Schalteinrichtung normalerweise in einer Betriebslage hält, in der sie die zweite Iapulskette zum Antriebsstromkreis durchläßt, und der so betätigbar ist, daß er die zweite Schalteinrichtung dazu bringt, die dritte Impulskette zum Antriebsstrookreis durchzulassen.

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