DE3785797T2

DE3785797T2 - Verfahren zur Prüfung eines Schrittmotors.

Info

Publication number: DE3785797T2
Application number: DE87109387T
Authority: DE
Inventors: David Leslie Krimm; James O'dell Stidham; William Richard Yount
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1986-07-17
Filing date: 1987-06-30
Publication date: 1993-10-28
Anticipated expiration: 2007-07-01
Also published as: JPH0313840B2; BR8703307A; EP0254085A3; EP0254085B1; EP0254085A2; JPS6331497A; DE3785797D1; US4743848A

Description

Bereich der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, einen Schrittmotor (auch als Synchronmotor bezeichnet) in einem relativ kurzen Zeitraum auf übermäßige Reibung und Wicklungskurzschlüsse zu testen, und genauer auf ein Verfahren, einen Schrittmotor auf übermäßige Reibung und Wicklungskurzschlüsse zu testen, ohne irgendeine mechanische Verbindung an der Rotorwelle anzubringen, um die Rotorwelle anzutreiben.

Hintergrund der Erfindung

EP-B-79,451 zeigt ein Verfahren zum schnellen Testen eines Schrittmotors. Das oben genannte Patent stellt ein zufriedenstellendes Testverfahren zur Verfügung, erfordert aber eine mechanische Verbindung mit der Rotorwelle und benutzt relativ starke Ströme.
Das Verfahren des oben genannten Patentes ist nicht geeignet, automatisch Quellen eines inneren Reibungswiderstandes wie zum Beispiel Störungen zwischen dem Rotor und dem Stator des Schrittmotors oder eine hohe Rollenlagerreibung festzustellen. Die Rollenlager stützen auf drehbare Art und Weise entgegengesetzte Enden der Rotorwelle im Stator.
Ein Mittel zum Testen eines Schrittmotors auf übermäßige Reibung bestand darin, die Rotorwelle manuell zu drehen und eine Person durch handgefühlte Information bestimmen zu lassen, ob eine übermäßige Reibung vorhanden ist. Dies ist nicht zufriedenstellend, da die Person entweder fehlerhafte Motoren durchlassen oder zu viele akzeptierbare Motoren zurückweisen kann, weil die Bestimmung vom subjektiven Gefühl in der Hand der Person abhängig ist.
Dieses manuelle Testen erfordert auch einen relativ langen Zeitraum. Das manuelle Testen muß auch zu einem anderen Zeitpunkt als das Testen des Motors auf Kurzschlüsse (wie zum Beispiel in dem oben genannten Patent) durchgeführt werden. Demzufolge besitzt das manuelle Testen auf übermäßige Reibung keine Gleichmäßigkeit, sondern erhöht auch die Zeit und die Kosten für das Testen.
Während das Verfahren des oben genannten Patentes das Testen der meisten wichtigen Leistungsparameter eines Schrittmotors zufriedenstellend ausführt, kann es Kurzschlüsse von Phase zu Phase und von Phase zu Masse nicht zuverlässig feststellen. Deshalb kann das Verfahren von EP-B-79,451 zusätzlich zur Unfähigkeit, einen Schrittmotor automatisch auf übermäßige Reibung zu testen, auch gewisse Kurzschlüsse nicht erkennen.
Das Dokument US-A-3 942 111 zeigt ein Verfahren zum Testen eines Wechselstromelektromotors. Das Testen wird durchgeführt, indem der Motor für eine kurze Zeitspanne unter Strom gesetzt wird, um ihn auf Laufgeschwindigkeit zu bringen. Nach Ablauf dieser Spanne wird die Wechselstromquelle abgeschaltet, und der Motor läuft bis zum Halt. Ein Wechselstromdetektor wird verwendet, um das Ende der Drehung des Motors und seine Betriebsfähigkeit festzustellen.
EP-A-120 723 zeigt ein Verfahren zum Testen eines Gleichstrommotors, das die Schritte der Stromzuführung zu den Wicklungen des Motors und die anschließende Messung der elektromotorischen Kraft umfaßt, um festzustellen, ob die Rotationsgeschwindigkeit unter einem vorher festgelegten Schwellwert liegt.

Zusammenfassung der Erfindung

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung testet in einem sehr kurzen Zeitraum, beispielsweise in weniger als vier Sekunden, einen Schrittmotor automatisch sowohl auf übermäßige Reibung als auch auf Wicklungskurzschlüsse. Demzufolge beseitigt das Testverfahren der vorliegenden Erfindung das subjektive Testen, ob übermäßige Reibung vorhanden ist, durch die den Test ausführende Person, und erreicht dies ohne irgendeine mechanische Verbindung mit der Rotorwelle. Dieses Fehlen der Notwendigkeit, eine Antriebsquelle mechanisch anzuschließen und abzutrennen, verringert die Testzeit wesentlich.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung bestimmt während des gleichen kurzen Zeitraumes auch automatisch, ob in irgendeiner Wicklung des Stators ein Kurzschluß vorliegt. Auf Grund dieser Fähigkeit, Kurzschlüsse von Phase zu Phase und von Phase zu Masse im Motor zuverlässig festzustellen und gleichzeitig zu bestimmen, ob eine übermäßige Reibung vorhanden ist, wird kein akzeptierbarer Schrittmotor durch irgendeinen subjektiven Test geprüft.
Weiterhin ergeben das Testverfahren der vorliegenden Erfindung und das Testverfahren des oben genannten EP-B-79,451 gemeinsam Motoren, die eine geringere Ausfallmöglichkeit aufweisen. Obwohl das Testverfahren der vorliegenden Erfindung und das Testverfahren des oben genannten EP-B-79,451 getrennt ausgeführt würden, da es das Testverfahren des EP-B-79,45l erfordert, daß die Rotorwelle des Motors von einer Stromquelle umgeben und gedreht wird, so könnten sie doch an einer Produktionslinie nebeneinander angeordnet werden. Das Testverfahren der vorliegenden Erfindung würde vorzugsweise zuerst ausgeführt werden, da es irgendeinen Rotor mit übermäßiger Reibung eliminieren würde, so daß die gesamte Testzeit reduziert wird, weil das Testverfahren von EP-B-79,451 die Zeit zum Anschließen und Abtrennen der Stromquelle an der Rotorwelle erfordert.
Das Testverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet einen relativ schwachen Strom, um einen Rotor für eine einzelne Drehung zu kommutieren, so daß sich ein Motor, der beispielsweise eine übermäßige Bindung zwischen dem Rotor und dem Stator oder eine hohe Rollenlagerreibung aufweist, nicht dreht. Nach einer einzigen Drehung des Rotors bei niedrigem Strompegel und bei einer niedrigen Geschwindigkeit wird der Motor durch Kommutierung auf eine sehr niedrige konstante Geschwindigkeit beschleunigt, wenn der Rotor keine übermäßige Reibung aufweist. Wenn dann der Rotor eine vorher festgelegte Endgeschwindigkeit erreicht, die wesentlich größer als die niedrige Geschwindigkeit ist, wird die Kommutierung gestoppt, aber durch wenigstens eine Phase des Schrittmotors fließt ein Strom.
Wenn die Kommutierung gestoppt wird, würde ein Rotor eines akzeptablen Motors genügend kinetische Energie besitzen, um die Drehung fortzusetzen, selbst wenn keine Kommutierung vorhanden ist. Wegen des Vorhandenseins des Stromes in wenigstens einer Phase des Schrittmotors würde dieses Drehen ein Wechselstromsignal einer gegenelektromotorischen Kraft (EMF) in der unter Strom stehenden Phase erzeugen.
Da sich der Motor mit übermäßiger Reibung oder einem Phasenkurzschluß nicht dreht, gibt es in der unter Strom stehenden Phase kein spürbares Wechselstromsignal einer gegenelektromotorischen Kraft. Dies zeigt einen fehlerhaften Motor an.
Wenn der Motor akzeptiert werden kann, bestimmt das Verfahren der vorliegenden Erfindung zusätzlich die Zeit, die vom Anhalten der Kommutierung bis zum Auslaufen des akzeptierbaren Motors verstrichen ist. Diese verstrichene Zeit kann zusammen mit der verstrichenen Zeit anderer akzeptierbarer Motoren verwendet werden, um den Reibungsgrad jedes Schrittmotors zu bestimmen.
Ein Ziel dieser Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Testen eines Schrittmotors zur Verfügung zu stellen, um automatisch zu bestimmen, ob er übermäßige Reibung oder einen Wicklungskurzschluß aufweist.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Testen eines Schrittmotors mit variabler Reluktanz zur Verfügung zu stellen, um automatisch zu bestimmen, ob er übermäßige Reibung oder einen Wicklungskurzschluß aufweist.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Testen eines Schrittmotors zur Verfügung zu stellen, in dem der relative Reibungsgrad zwischen akzeptierbaren Motoren ermittelt wird.
Diese Ziele werden durch die in Anspruch 1 dargestellten Schritte erreicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Zeichnungen:

Fig. 1 ist eine schematische Schnittzeichnung eines Schrittmotors mit variabler Reluktanz, der mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung getestet werden soll.
Fig. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild, das die funktionale Beziehung einer Vorrichtung zur Ausführung der Testmethode der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, das die zeitliche Beziehung der Geschwindigkeit des Rotors einschließlich seiner Beschleunigung während eines Testes zeigt.
Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm, das verschiedene Ereignisse während des Tests vom Stoppen der Beschleunigung eines Rotors eines Schrittmotors, der getestet wird, bis zum Abschluß des Tests zeigt.
Fig. 5 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Beschleunigungstreibers, der benutzt wird, um festzustellen, ob ein Schrittmotor akzeptierbar ist.
Fig. 6 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Abtasttreibers, der benutzt wird, um festzustellen, ob ein Schrittinotor akzeptierbar ist.
Fig. 7 ist ein schematisches Blockschaltbild von Abtastschaltungen, die benutzt werden, um festzustellen, ob ein Schrittmotor akzeptierbar ist.
Fig. 8 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Abtastzwischenspeichers und einer Fehleranzeigeschaltung.
Fig. 9 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Abtastzwischenspeichers und einer Gutanzeigeschaltung.
Fig. 10 ist ein Zeitdiagramm von Ausgängen von einzelnen Punkten der Abtastschaltungen von Fig. 7.

Ausführliche Beschreibung

In den Zeichnungen und insbesondere in Fig. 1 ist ein Dreiphasenschrittmotor 10 mit variabler Reluktanz und 96 Schritten pro Umdrehung dargestellt. Der Schrittmotor 10 enthält eine Statorbaugruppe 11 und einen Rotor 12. Die Statorbaugruppe 11 hat sechs Pole 14, 15, 16, 17, 18 und 19.
Jeder Pol 14, 15, 16, 17, 18 und 19 enthält eine Wicklung 20, 21, 22, 23, 24 bzw. 25. Die Wicklungen von diametral angeordneten Polen sind in Reihe geschaltet und bilden den Dreiphasenmotor 10. So ist die Wicklung 20 des Pols 14 mit der Wicklung 23 des Pols 17 in Reihe geschaltet, um die Phase A zu bilden; die Wicklung 21 des Pols 15 ist mit der Wicklung 24 des Pols 18 in Reihe geschaltet, um die Phase B zu bilden, und die Wicklung 22 des Pols 16 ist mit der Wicklung 25 des Pols 19 in Reihe geschaltet, um die Phase C zu bilden. Dementsprechend gibt es zwei Pole pro Phase.
Da der Motor 10 ein Schrittmotor mit 96 Schritten je Umdrehung ist, hat der Rotor 12 zweiunddreißig Zähne 26, wobei es fünf Zähne 27 gibt, die mit den Polen 14 bis 19 verbunden sind. Das Produkt aus der Zahl der Zähne 26 im Rotor 12 und der Zahl der Phasen ist gleich der Zahl der Schritte pro Umdrehung des Motors 10. Wenn drei Phasen vorhanden sind und der Rotor 12 zweiunddreißig Zähne 26 besitzt, dann gibt es sechsundneunzig Schritte pro Umdrehung des Rotors 12.
Der Motor 10 wird durch Kommutierung des Rotors 12 gedreht, indem zu einem beliebigen Zeitpunkt und nacheinander Strom an zwei der drei Phasen angelegt wird. Beispielsweise würde der Strom anfänglich den Wicklungen 20 und 23 sowie den Wicklungen 21 und 24 zugeführt und dann von den Wicklungen 20 und 23 entfernt und an die Wicklungen 22 und 25 angelegt, nachdem der Motor 10 einen Schritt vorgerückt ist.
Das Testen des Schrittmotors 10 geschieht unter der Steuerung eines Steuerprozessors 30 (siehe Fig. 2). Ein geeignetes Beispiel für den Steuerprozessor 30 ist ein 8085 Mikroprozessor. Es kann auch ein beliebiger anderer geeigneter Mikroprozessor verwendet werden.
Wenn ein Test des Motors 10 beginnen soll, stellt der Steuerprozessor 30 ein Rücksetzsignal mit dem Wert L zur Verfügung, um die Abtastzwischenspeicher 31 und 32 und eine Zeitanzeige 33 zurückzusetzen. Der Steuerprozessor 30 stellt auch Signale für einen Beschleunigungstreiber 34 zur Verfügung.
Der Beschleunigungstreiber 34 enthält ein Stromsteuermodul 35 (siehe Fig. 5), das Signale über die Leitungen 36, 37 und 38 vom Steuerprozessor 30 empfängt (siehe Fig. 2), um zu ermöglichen, daß ein konstanter Strom an die Wicklungen 20 bis 25 geführt wird (siehe Fig. 6). Ein geeignetes Beispiel für das Stromsteuermodul 35 (siehe Fig. 5) ist eine integrierte Schaltung von IBM mit der Teil Nr. 8247571.
Das Signal auf der Leitung 36 steuert den Stromfluß vom Beschleunigungstreiber 34 über die Leitungen 39 und 40 an die Wicklungen 20 (siehe Fig. 6) und 23, die die Phase A bilden. Das Signal auf der Leitung 37 (siehe Fig. 5) steuert den Stromfluß vom Beschleunigungstreiber 34 über die Leitungen 41 und 42 an die Wicklungen 21 (siehe Fig. 6) und 24, die die Phase B bilden. Das Signal auf der Leitung 38 (siehe Fig. 5) steuert den Stromfluß vom Beschleunigungstreiber 34 über die Leitungen 43 und 44 an die Wicklungen 22 (siehe Fig. 6) und 25, die die Phase C bilden.
Wenn sich auf der Leitung 36 (siehe Fig. 5) ein L-Signal befindet, liefert das Stromsteuermodul 35 Signale über die Leitungen 45 und 46. Die Leitung 45 ist mit der Basis eines PNP-Transistors 47 verbunden, einem PNP TIP116. Die Leitung 46 gibt ein Signal an die Basis eines NPN-Transistors 48 (eines NPN TIP111).
Das Stromsteuermodul 35 vergleicht die Spannung, die am Widerstand 49 auftritt und über eine Leitung 50 zum Stromsteuermodul 35 zurückgeführt wird, mit einer Spannung VREF. Die Spannung VREF ist am Stromsteuermodul 35 durch Einstellung eines Potentiometers 51 voreingestellt. Das Potentiometer 51 wird am Anfang unter Verwendung eines Stromzählers eingestellt, um zu ermitteln, wann ein bestimmter Strompegel durch die Wicklungen 20 (siehe Fig. 6) und 23 fließt.
Die Schaltungen des Stromsteuermoduls 35 (siehe Fig. 5) vergleichen die Spannung auf der Leitung 50 mit der Spannung VREF. Das Stromsteuermodul 35 besitzt aktive und passive Schaltungselemente zur Bildung einer Stromzerhackungskennlinie, und Vergleichsschaltungen, um den Wert des gesteuerten Stroms in den Wicklungen 20 (siehe Fig. 6) und 23 aufrechtzuerhalten.
Das Stromsteuermodul 35 (siehe Fig. 5) erfordert ein Rechtecksignal von 20 bis 25 kHz für die Zerhackerfrequenz als Takteingang. Die niedrigen Spannungen und die zum Stromsteuermodul 35 hinzugefügten passiven Bauelemente vervollständigen den Beschleunigungstreiber 34.
Wenn ein L-Signal über die Leitung 37 bereitgestellt wird, liefert der Stromsteuermodul 35 Signale über die Leitungen 52 und 53, damit ein konstanter Strom an die Wicklungen 21 (siehe Fig. 6) und 24 geführt wird, in der gleichen Weise, wie für die Wicklungen 20 und 23 beschrieben wurde. Wenn an der Leitung 38 (siehe Fig. 5) ein L-Signal anliegt, liefert das Stromsteuermodul 35 Signale über die Leitungen 54 und 55, damit ein konstanter Strom an die Wicklungen 22 (siehe Fig. 6) und 25 geführt wird, in der gleichen Weise, wie für die Wicklungen 20 und 23 beschrieben wurde.
Der Pegel des an die Wicklungen 20 bis 25 zu führenden Stromes wird durch die Signale vom Steuerprozessor 30 (siehe Fig. 2) über die Leitungen 56 (siehe Fig. 5) und 57 zum Stromsteuermodul 35 gesteuert. Die Logik innerhalb des Stromsteuermoduls 35 bestimmt den Pegel des Stromes, der an die Wicklungen 20 bis 25 (siehe Fig. 6) geführt wird, entsprechend den Signalen auf den Leitungen 56 (siehe Fig. 5) und 57 zum Stromsteuermodul 35.
Wenn auf der Leitung 56 ein H-Signal und auf der Leitung 57 ein L-Signal vorhanden ist, wird in den Wicklungen 20 bis 25 (siehe Fig. 6) ein hoher Strompegel erzeugt. Wenn sich auf der Leitung 56 (siehe Fig. 5) ein L-Signal und auf der Leitung 57 ein H-Signal befindet, wird in den Wicklungen 20 bis 25 (siehe Fig. 6) ein niedriger Strompegel erzeugt. Wenn sich auf beiden Leitungen 56 (siehe Fig. 5) und 57 ein H-Signal befindet, wird in den Wicklungen 20 bis 25 kein Strom erzeugt (siehe Fig. 6).
Der Beschleunigungstreiber 34 (siehe Fig. 2) wird durch den Steuerprozessor 30 eingeschaltet, damit ein hoher Strompegel von ungefähr 120 mA erzeugt wird. Der hohe Strompegel wird vom Beschleunigungstreiber 34 aus angelegt, um die Wicklungen 20 bis 25 (siehe Fig. 1) der Statorbaugruppe 11 zu kommutieren. Die Kommutierung der Wicklungen 20 bis 25 wird durch Signale gesteuert, die vom Steuerprozessor 30 (siehe Fig. 2) über die Leitungen 36 bis 38 (siehe Fig. 5) an den Beschleunigungstreiber 34 geführt werden.
Der hohe Strompegel wird 100 Millisekunden lang angelegt, um die Haftreibung zu überwinden, die Reibung, die überwunden werden muß, um die Drehung des Rotors 12 (siehe Fig. 1) zu starten. Dieser Zeitraum ist in Fig. 3 dargestellt.
Während der hohe Strompegel vom Beschleunigungstreiber 34 aus (siehe Fig. 2) am Motor 10 angelegt ist, der einen externen Masseanschluß 58 zum Beschleunigungstreiber 34 besitzt, wird der hohe Strompegel an eine oder zwei der drei Phasen angelegt, was zu Anfang davon abhängt, ob ständig eine oder zwei Phasen unter Strom gesetzt werden. Dann geschieht die Kommutierung unter der Steuerung des Steuerprozessors 30 über die Leitungen 36 bis 38 (siehe Fig. 5), um die nächste Phase unter Strom zu setzen.
Nach Ablauf der 100 Millisekunden bewirkt der Steuerprozessor 30 (siehe Fig. 2) die Kommutierung der Wicklungen 20 bis 25 (siehe Fig. 1) der Statorbaugruppe 11, um den Rotor 12 aus der Ruhelage auf eine Geschwindigkeit von ungefähr 95 Schritten pro Sekunde bei einer konstanten Beschleunigungsrate von 1000 Schritten pro Sekunde pro Sekunde zu beschleunigen, während der hohe Strompegel aufrechterhalten wird. Diese Beschleunigung geschieht, wie in Fig. 3 dargestellt ist, ungefähr 100 Millisekunden lang.
Wenn sich der Rotor 12 (siehe Fig. 1) mit der konstanten Geschwindigkeit von ungefähr 95 Schritten pro Sekunde dreht, wird der Strom am Beschleunigungstreiber 34 (siehe Fig. 2) durch den Steuerprozessor 30 auf einen niedrigen Pegel von ungefähr 80 mA verringert. Der Motor 10 dreht sich 95 Schritte mit konstanter Geschwindigkeit. Auf diese Weise steuert der Steuerprozessor 30 die Kommutierung der Wicklungen 20 bis 25 (siehe Fig. 1). Wie in Fig. 3 dargestellt, dauert dies für die einfache Umdrehung des Rotors 12 (siehe Fig. 1) ungefähr eine Sekunde.
Der niedrige Strompegel von 80 mA ist genügend niedrig, damit sich der Rotor 12 nicht dreht, wenn irgendeine Störung zwischen dem Rotor 12 und der Statorbaugruppe 11 auftritt oder die Rollenlager, die die Enden der Welle des Rotors 12 stützen, eine relativ hohe Reibung aufweisen. Demzufolge dreht sich der Rotor 12 während des restlichen Testes nicht, wenn dieser niedrige Strompegel wegen der übermäßigen Reibung, die einen Reibungswiderstand hervorruft, den Rotor 12 nicht zum Drehen veranlaßt.
Wenn die einzelne Umdrehung des Rotors 12 abgeschlossen ist, nimmt der Steuerprozessor 30 (siehe Fig. 2) die Beschleunigung des Rotors 12 (siehe Fig. 1) mit einer konstanten Beschleunigungsrate von 1000 Schritten pro Sekunde pro Sekunde wieder auf, die Geschwindigkeit des Rotors 12 von ungefähr 95 Schritten pro Sekunde auf 1250 Schritte pro Sekunde zu erhöhen. Während dieser Beschleunigung stellt der Steuerprozessor 30 (siehe Fig. 2) den hohen Strompegel vom Beschleunigungstreiber 34 wieder her, wenn die Geschwindigkeit des Rotors 12 (siehe Fig. 1) 400 Schritte pro Sekunde erreicht. Folglich beträgt der Strompegel des Beschleunigungstreibers 34 (siehe Fig. 2) zu diesem Zeitpunkt ungefähr 120 mA. Diese Zunahme des Strompegels vom Treiber 34 geschieht, wenn die Geschwindigkeit des Rotors 12 (siehe Fig. 1) seine "Mitnahme"-Geschwindigkeit überschreitet, um den Verlust des Gleichlaufs zu verhindern.
Wenn der Motor 10 die Geschwindigkeit von 1250 Schritten pro Sekunde erreicht, stoppt der Steuerprozessor 30 (siehe Fig. 2) die Beschleunigung. Die Kommutierung besteht jedoch für weitere 63 Schritte des Motors 10, um den Motor 10 bei der Endgeschwindigkeit von 1250 Schritten pro Sekunde zu stabilisieren.
Wenn die Geschwindigkeit des Rotors 12 (siehe Fig. 1) beim Abschluß von 63 Schritten nach der Beschleunigung stabilisiert ist, wird der Beschleunigungstreiber 34 (siehe Fig. 2) durch den Steuerprozessor 30 ausgeschaltet. Dies geschieht ungefähr nach 2,4 Sekunden. Wenn der Treiber 34 ausgeschaltet wird, wird die Zeitanzeige 33, ein BESTÄTIGUNGS-(ACKNOWLEDGE) Zeitgeber innerhalb des Steuerprozessors 30, gestartet, vorausgesetzt, der Rotor 12 (siehe Fig. 1) hat sich gedreht. Die Zeitanzeige 33 (siehe Fig. 2) zeigt die verstrichene Zeit, die in Fig. 4 als Abfallzeit des BESTÄTIGUNGS-Signals bezeichnet wird.
Zwei Millisekunden, nachdem der Beschleunigungstreiber 34 (siehe Fig. 2) durch den Steuerprozessor 30 abgeschaltet wurde, wird, wie in Fig. 4 dargestellt, ein Abtasttreiber 59 durch ein Signal vom Steuerprozessor 30 eingeschaltet. Der Abtasttreiber 59 (siehe Fig. 6) enthält für jede der drei Phasen die gleiche Schaltung.
Der Teil des Abtasttreibers 59, der für die Wicklungen 20 und 23 benutzt wird, die die Phase A umfassen, enthält eine Leitung 60 vom Steuerprozessor 30 (siehe Fig. 2) zu einem Inverter 61 (siehe Fig. 6). Der mit den Wicklungen 20 und 23 verbundene Teil des Abtasttreibers 59 enthält auch einen NPN-Transistor 62, einen 2N2222-Transistor, und einen PNP-Transistor 63, einen TIP116-Transistor. Es ist auch ein NPN-Transistor 64, ein TIP111-Transistor, vorhanden.
Wenn der Beschleunigungstreiber 34 (siehe Fig. 2) ausgeschaltet wird, wird der Abtasttreiber 59 durch ein logisches Steuersignal mit dem Wert L vom Steuerprozessor 30 über die Leitung 60 (siehe Fig. 6) eingeschaltet. Dies erzeugt am Ausgang des Inverters 61 ein H-Signal, um zu veranlassen, daß der Transistor 62 aktiv wird. Infolgedessen wird der Transistor 63 aktiviert und ermöglicht einen direkten Stromfluß durch einen Widerstand 65 und eine Diode 66 zu den Wicklungen 20 und 23. Der Stromweg wird von den Wicklungen 20 und 23 über den Transistor 64 zur Masse abgeschlossen.
Wie in Fig. 4 dargestellt, werden die Abtastzwischenspeicher 31 (siehe Fig. 4) und 32 neun Millisekunden nach der Erregung des Abtasttreibers 59 freigegeben. Dies erlaubt die Speicherung eines BESTÄTIGUNGS-Signals in jedem Abtastzwischenspeicher 31 und 32. Das BESTÄTIGUNGS-Signal wird gespeichert, bis die Abtastzwischenspeicher 31 und 32 am Beginn des nächsten Textzyklus zurückgesetzt werden.
Der Abtasttreiber 59 erzeugt einen konstanten Gleichstrom. Dieser konstante Gleichstrom wird gleichzeitig an jede Phase des Motors 10 angelegt, obwohl nur an einer Phase des Motors 10 Strom angelegt werden muß. Die Zuführung des konstanten Gleichstromes zu jeder der drei Phasen des Motors 10 ist aber wünschenswerter, da es zu einem zuverlässigeren Signal führt, nachdem der Beschleunigungstreiber 34 deaktiviert wurde.
Das Vorhandensein dieses Stromes mit einem niedrigen Pegel von ungefähr 80 mA erzeugt einen Fluß, der von dem Zeitpunkt an, zu dem der Beschleunigungstreiber 34 (siehe Fig. 2) deaktiviert wurde, während des Auslaufens des Rotors 12 (siehe Fig. 1) bis zum Anhalten eine gegenelektromotorische Kraft erzeugt. Das Vorhandensein oder Fehlen der gegenelektromotorischen Kraft vor dem Rotor 12 (siehe Fig. 1) führt dessen kinetische Energie ab, die von den Abtastschaltungen 67 (siehe Fig. 2) abgetastet oder festgestellt wird.
Wie in Fig. 7 dargestellt, umfassen die Abtastschaltungen 67 kapazitiv gekoppelte Verstärker 68, Detektoren 69 mit Nulldurchgang und logische ODER-Schaltungen 70. Die kapazitiv gekoppelten Verstärker 68 für die Phase A enthalten einen Operationsverstärker 71, einen Operationsverstärker LM747, der über die Kondensatoren 72 und 73 mit den Wicklungen 20 (siehe Fig. 6) und 23 kapazitiv gekoppelt ist. Die kapazitiv gekoppelten Verstärker 68 (siehe Fig. 7) für die Wicklungen 20 (siehe Fig. 6) und 23 enthalten ein Paar antiparallel geschalteter Zener-Dioden 74 (siehe Fig. 7) und 75, die als Schutzvorrichtung fungieren, um Überlastsignale zu entfernen und den Operationsverstärker 71 zu schützen.
Ein Operationsverstärker 76, der gleiche wie der Operationsverstärker 71, ist mit den Wicklungen 21 (siehe Fig. 6) und 24 in der gleichen Weise kapazitiv gekoppelt wie der Operationsverstärker 71 (siehe Fig. 7) mit den Wicklungen 20 (siehe Fig. 6) und 23. Ein Operationsverstärker 77 (siehe Fig. 7), der gleiche wie der Operationsverstärker 71, ist mit den Wicklungen 22 (siehe Fig. 6) und 25 in der gleichen Weise kapazitiv gekoppelt wie der Operationsverstärker 71 (siehe Fig. 7) mit den Wicklungen 20 (siehe Fig. 6) und 23.
Die Ausgangssignale der Operationsverstärker 71, 76 und 77 sind in Fig. 10 dargestellt. Jedes Signal ist von den beiden anderen um 120º elektrisch entfernt.
Die Ausgänge der kapazitiv gekoppelten Verstärker 68 (siehe Fig. 7) werden zu den Detektoren 69 mit Nulldurchgang geführt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 71 wird zu einem Spannungsvergleicher 78 des Detektors 69 mit Nulldurchgang geführt, der Ausgang des Operationsverstärkers 76 wird zu einem Spannungsvergleicher 79 des Detektors 69 mit Nulldurchgang geführt, und der Ausgang des Operationsverstärkers 77 wird zu einem Spannungsvergleicher 80 des Detektors 69 mit Nulldurchgang geführt. Die Ausgänge der Vergleicher 78 bis 80, die beispielsweise Spannungsvergleicher LM339 sein können, sind in Fig. 10 dargestellt.
Der Ausgang des Vergleichers 78 (siehe Fig. 7) wird als ein Eingang an ein ODER-Gatter 81 der logischen ODER-Schaltungen 70 geführt. Der andere Eingang des ODER-Gatters 81 wird mit Masse verbunden. Die Ausgänge der Spannungsvergleicher 79 und 80 sind die zwei Eingänge eines ODER-Gatters 82 der logischen ODER- Schaltungen 70.
Die Ausgänge der ODER-Gatter 81 und 82 sind die zwei Eingänge eines ODER-Gatters 83, das das BESTÄTIGUNGS-Signal als seinen Ausgang auf einer Leitung 84 hat.
Wie in Fig. 10 dargestellt, stellen die Vergleicher 78 bis 80 Ausgangsimpulse zur Verfügung, wenn die Spannungen von den Operationsverstärkern 71, 76 und 77 den Nullspannungspegel kreuzen. Das heißt, daß eine abfallende Spannung einen L-Wert für den Ausgang jedes Vergleichers 78, 79 und 80 bewirkt. Wenn sich die Spannung jedes Operationsverstärkers 71, 76 und 77 über den Wert Null hinaus erhöht, nimmt der Ausgang der Vergleicher 78, 79 bzw. 80 den Wert H an.
Da die Ausgänge der drei Vergleicher 78 bis 80 (siehe Fig. 7) H sind, bis der Spannungsausgang jedes Operationsverstärkers 71, 76 und 77 kleiner als die Vergleichsspannung in den Vergleichern 78, 79 bzw. 80 wird, mit denen die Operationsverstärker 71, 76 und 77 verbunden sind, bleibt das BESTÄTIGUNGS-Signal vom ODER-Gatter 83 auf H, bis keiner der Vergleicher 78 bis 80 einen H-Impuls erzeugt.
Also wird von den Abtastschaltungen 67 (siehe Fig. 7) ein BESTÄTIGUNGS-Signal mit dem Wert H erzeugt, wenn sich der Rotor 12 (siehe Fig. 1) so dreht, daß eine gegenelektromotorische Kraft erzeugt wird. Dieses Signal wird über eine Leitung 84 und eine Leitung 85 (siehe Fig. 8) zum Abtastzwischenspeicher 31 und über die Leitung 84 (siehe Fig. 7) und eine Leitung 86 (siehe Fig. 9) zum Abtastzwischenspeicher 32 geführt. Die Leitung 84 (siehe Fig. 7) ist auch mit dem Steuerprozessor 30 (siehe Fig. 2) verbunden.
Wie in Fig. 4 dargestellt, werden die Abtastzwischenspeicher 31 (siehe Fig. 2) und 32 neun Millisekunden nach dem Einschalten des Abtasttreibers 59 freigegeben. Das FREIGABE-(ENABLE) Signal wird vom Steuerprozessor 30 über eine Leitung 87 (siehe Fig. 8) zu einem NAND-Gatter 88 des Abtastzwischenspeichers 31 und über eine Leitung 89 (siehe Fig. 9) zu einem NAND-Gatter 90 des Abtastzwischenspeichers 32 geführt.
Der andere Eingang des NAND-Gatters 90 des Abtastzwischenspeichers 32 ist das BESTÄTIGUNGS-Signal auf der Leitung 86, so daß ein BESTÄTIGUNGS-Signal H von den Abtastschaltungen 67 (siehe Fig. 7) einen Wert H am Ausgang eines NAND-Gatters 91 erzeugt (siehe Fig. 9) und als Eingang an ein NAND-Gatter 92 geführt wird. Das NAND-Gatter 92 hat eine hohe Spannung als anderen Eingang, so daß es einen Ausgangswert L hat, wenn das BESTÄTIGUNGS-Signal den Wert H hat. Als Ergebnis wird eine grüne LED 93 einer Gutanzeigeschaltung 94 eingeschaltet.
Das FREIGABE-Signal ist nur für eine kurze Zeitspanne gleich H. Die LED 93 bleibt aber eingeschaltet, wenn das BESTÄTIGUNGS-Signal gleich H ist, auf Grund des Zusammenwirkens des NAND-Gatters 91 und eines NAND-Gatters 95. Die NAND-Gatter 91 und 95 bilden eine R-S-artige Speichersperrschaltung. Die LED 93 wird nur ausgeschaltet, wenn ein RÜCKSETZ-(RESET) Signal L über eine Leitung 96 vom Steuerprozessor 30 (siehe Fig. 2) zu einem Puffer 97 (siehe Fig. 9) geführt wird.
Wenn das BESTÄTIGUNGS-Signal L ist, weil sich der Rotor 12 (siehe Fig. 1) des Motors 10 nicht dreht, wird dieses L auf der Leitung 85 (siehe Fig. 8) durch einen Inverter 98 des Abtastzwischenspeichers 31 umgewandelt, so daß der Abtastzwischenspeicher 31 - der gleiche wie der Abtastzwischenspeicher 32 (siehe Fig. 9) mit Ausnahme des Inverters 98 (siehe Fig. 8) - einem NAND-Gatter 99 einer Fehleranzeigeschaltung 100 ein H liefert. Im Ergebnis dessen wird eine rote LED 101 eingeschaltet, um anzuzeigen, daß der Motor 10 (siehe Fig. 1) nicht zufriedenstellt.
Der Abtastzwischenspeicher 31 (siehe Fig. 8) enthält auch NAND-Gatter 102 und 103, die den NAND-Gattern 91 (siehe Fig. 9) bzw. 95 des Abtastzwischenspeichers 32 entsprechen, sowie einen Puffer 104 (siehe Fig. 8), der dem Puffer 97 entspricht (siehe Fig. 9). Die NAND-Gatter 102 (siehe Fig. 8) und 103 und der Puffer 104 wirken miteinander in der gleichen Weise zusammen wie die NAND-Gatter 91 (siehe Fig. 9) und 95 und der Puffer 97. Demzufolge bleibt die rote LED 101 (siehe Fig. 8) eingeschaltet, bis vom Steuerprozessor 30 (siehe Fig. 2) über eine Leitung 105 ein RÜCKSETZ-Signal L zum Puffer 104 geführt wird.
Wenn ein BESTÄTIGUNGS-Signal H von den Abtastschaltungen 67 (siehe Fig. 2) zuerst L wird, so bewirkt dies ein Anhalten der Zeitanzeige 33. Für einen guten Motor ermöglicht die verstrichene Zeit auf der Zeitanzeige 33 einen Vergleich des Reibungsgrades zwischen guten Motoren. Bei einem schlechten Motor hat die Zeitanzeige 33 keinen Wert, auf Grund des Fehlens des Rotors 12 (siehe e Fig. 1), der sich dreht, um die gegenelektromotorische Kraft zu erzeugen.
Wenn ein BESTÄTIGUNGS-Signal H für einen guten Motor zuerst L wird, wird die Zeitanzeige 33 (siehe Fig. 2) angehalten. Wie in Fig. 4 dargestellt, wird der Abtasttreiber 59 (siehe Fig. 2) durch den Steuerprozessor 30 abgeschaltet, zwei Millisekunden, nachdem das BESTÄTIGUNGS-Signal von H nach L gewechselt ist.
Falls gewünscht, könnten die Abtast- und Beschleunigungsfunktionen in einen einzigen Treiber integriert werden. Wenn dies jedoch der Fall ist, ist es notwendig, daß die Funktionen des Beschleunigungstreibers 34 erfüllt und betont werden.
Obwohl der Beschleunigungstreiber 34 so beschrieben wurde, als ob er zwei verschiedene Strompegel zur Verfügung stellt, sollte es verständlich sein, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung auch mit nur einem niedrigen Strompegel zufriedenstellend funktioniert. Also ist es keine Voraussetzung, daß zwei Strompegel vom Beschleunigungstreiber 34 zur Verfügung gestellt werden.
Es sollte verständlich sein, daß die Empfindlichkeit des Strompegels in den Wicklungen 20 bis 25 (siehe Fig. 1) während der anfänglichen Beschleunigung des Rotors 12 gesteuert werden. Wenn der Strompegel zu niedrig ist, müßten alle Motoren zurückgewiesen werden, weil ein Drehmoment erzeugt würde, daß nicht ausreicht, um die normale Lagerreibung und die Hysterese zu überwinden. Wenn der Strompegel zu hoch ist, würden nur Motoren mit einem relativ hohen Reibungsdrehmoment zurückgewiesen, wodurch unerwünschte Motoren zugelassen würden.
Obwohl die vorliegende Erfindung so dargestellt und beschrieben wurde, als ob der Motor 10 ein Schrittmotor mit variabler Reluktanz ist, sollte verständlich sein, daß das Testverfahren der vorliegenden Erfindung auch mit einem Schrittmotor mit Dauermagnet oder mit einem hybriden Schrittmotor angewendet werden könnte. Beim Testen entweder des Motors mit Dauermagnet oder des hybriden Motors würde während des Abtastens kein Strom angelegt, und zwar deshalb, weil sowohl der Motor mit Dauermagnet als auch der hybride Motor einen Fluß ohne Strom erzeugen, so daß die Rotation des Motors mit Dauermagnet oder des hybriden Motors eine gegenelektromotorische Kraft ohne Strom erzeugen würden. Deshalb liefert der Abtasttreiber 59 (siehe Fig. 2) Strom für die Funktion eines Motors mit variabler Reluktanz ebenso wie für einen Motor mit Dauermagnet.
Ein Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß sie einen relativ schnellen Test eines Schrittmotors auf übermäßige Reibung oder einen Wicklungskurzschluß darstellt. Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß die manuelle Kontrolle eines Schrittmotors auf übermäßige Reibung vermieden wird. Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß sie ein automatisches Testen eines Schrittmotors darstellt. Noch ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß sie ein billiges Verfahren zum Testen eines Schrittmotors auf übermäßige Reibung oder einen Wicklungskurzschluß ist. Noch ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß der Reibungsgrad in einem guten Schrittmotor relativ zu anderen guten Schrittmotoren bestimmt werden kann. Noch ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, daß an die Rotorwelle keine mechanische Kraft angelegt werden muß, um auf übermäßige Reibung zu testen.

Claims

1. Ein Verfahren zum Testen eines Schrittmotors (10), der wenigstens eine Wicklung (20, 21, 22, 23, 24, 25) und einen Rotor (12) besitzt, um das Vorhandensein von Reibung über einen vorher festgelegten Wert hinaus oder eine kurzgeschlossene Wicklung festzustellen, charakterisiert dadurch, daß es die folgenden Schritte enthält:

- Anlegen eines vorher festgelegten Stromes an die Wicklungen des Motors;

- Umschalten der Motorwicklungen, um mit dem vorher festgelegten Strom eine Beschleunigung des Rotors eines geeigneten Motors auf eine vorher festgelegte Endgeschwindigkeit zu erreichen;

- Abschalten des vorher festgelegten Stromes nach einem festgelegten Zeitraum, der ausreicht, damit der Rotor (12) eines geeigneten Motors die vorher festgelegte Endgeschwindigkeit erreicht;

- Erfassung des Vorhandenseins oder Fehlens einer gegenelektromotorischen Kraft, nachdem der vorher festgelegte Strom abgeschaltet wurde, wobei das Vorhandensein der gegenelektromotorischen Kraft einen geeigneten Motor und das Fehlen der gegenelektromotorischen Kraft Reibung über den vorher festgelegten Wert hinaus oder einen Wicklungskurzschluß anzeigt;

- Bestimmung des verstrichenen Zeitraumes zwischen dem Abschalten des vorher festgelegten Stromes und dem Fehlen einer gegenelektromotorischen Kraft, wenn eine gegenelektromotorische Kraft vorhanden war, als der vorher festgelegte Strom abgeschaltet wurde;

- Anzeige des verstrichenen Zeitraumes, um einen Vergleich des Reibungsgrades zwischen geeigneten getesteten Motoren zu ermöglichen.

2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt des Anlegens eines geregelten Stromes als vorher festgelegten Strom enthält.

3. Das Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es den Schritt des Anlegens eines direkten Stromes an wenigstens eine Wicklung (20, 21, 22, 23, 24, 25) nach Abschalten des geregelten Stromes enthält, um das Erfassen des Vorhandenseins oder des Fehlens einer gegenelektromotorischen Kraft zu erlauben.

4. Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin den Schritt der Beschleunigung des Rotors mit einer konstanten Beschleunigung enthält.

5. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin den Schritt der Freigabe einer Zwischenspeicherschaltung (31) zur Erfassung des Vorhandenseins oder Fehlens einer gegenelektromotorischen Kraft enthält.

6. Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin die folgenden Schritte enthält:

- Anlegen des vorher festgelegten Stromes auf einer ersten Stufe, um einen Rotor eines geeigneten Motors in Gang zu setzen und zu beschleunigen, bis er eine erste vorher festgelegte Geschwindigkeit erreicht;

- Halten des Rotors (12) auf der ersten vorher festgelegten Geschwindigkeit für eine Rotorumdrehung, während der vorher festgelegte Strom auf einer zweiten Stufe angelegt wird, die niedriger als die erste Stufe ist;

- Halten des vorher festgelegten Stromes auf der zweiten Stufe nach einer Umdrehung des Rotors (12), während der Rotor eines geeigneten Motors von der ersten vorher festgelegten Geschwindigkeit auf eine vorher festgelegte Endgeschwindigkeit beschleunigt wird, und

- Anlegen des vorher festgelegten Stromes auf der ersten Stufe während der Beschleunigung des Rotors (12) eines geeigneten Motors auf die vorher festgelegte Endgeschwindigkeit, wenn der Rotor (12) eines geeigneten Motors eine ausgewählte Geschwindigkeit zwischen der ersten vorher festgelegten Geschwindigkeit und der vorher festgelegten Endgeschwindigkeit erreicht.