Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schrittmotorregler
und insbesondere auf einen neuen Typ von Regler, der eine
Bewegungserfassung liefert.
Hintergrund der Erfindung
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Schrittmotoren werden weithin in Anwendungen benutzt, bei
denen eine akurate Positionierung einer Ausgabewelle
vorzusehen ist, wobei ihr Vorteil darin liegt, daß die Ausgabe
in jedwede gewünschte Position aus einer bekannten
Startposition durch einfaches Erzeugen einer geeigneten Anzahl
von Pulsen zum inkrementellen Antreiben der Welle bewegt
werden kann. Schrittmotoren können daher in einer
Konfiguration mit offener Schleife betrieben werden und so
gibt es einen großen Kostenvorteil gegenüber Servo-Systemen,
da weder ein Positionssensor noch ein
Rückkoppelungssteuersystem benötigt wird.
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Es gibt viele und verschiedene tatsächliche mechanische
Konstruktionen von Schrittmotoren, aber allgemein wird ein
Mehrfachpolmotor zusammen mit einer Mehrphasenstatorwicklung
verwendet. Je größer die Anzahl der Pole und Phasen ist, desto
größer ist die Auflösung in dem positionsmäßigen Inkrement,
welches erreicht werden kann. Mehrphasenmotoren sind außerdem
zu hoher Leistung fähig. Wie immer die Konstruktion ist, von
einem Schrittmotorregler wird gefordert, aus einem angelegten
Eingangspuls geeignete Ströme für die Motorwicklungen zu
erzeugen, um die Achse des Luftspaltfeldes zum schrittweisen
Umlaufen in übereinstimmung mit dem Eingangspuls zu bringen.
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Bei einigen Anwendungen kann die Bewegung des Motors durch
harte Endstopper begrenzt werden. Eine mechanische
Ausgabewelle kann, zum Beispiel, auf 90º Drehung begrenzt
werden. Die Schrittmotorwelle kann einer ähnliches
winkelmäßigen Begrenzung unterworfen werden, oder, falls der
Motor die Ausgabewelle über zum Beispiel ein Getriebe
antreibt, auf eine maximale Anzahl von fortlaufenden
Umdrehungen begrenzt werden. Jedenfalls wird der Motor
blockiert werden, falls ein Versuch gemacht wird, ihn über
einen Endstopper hinaus zu treiben. Glücklicherweise
resultiert dieses jedoch nicht in einer Beschädigung des
Motors, da sich die Stromnachfrage der Spulen zwischen dem
laufenden Zustand und dem blockierten Zustand nicht ändert. In
der Tat macht diese Eigenschaft die Verwendung von
Schrittmotoren dort attraktiv, wo Lasten hart gegen einen
Endstopper zu treiben sind, da kein Erfassungssystem benötigt
wird, um die Ströme herunterzufahren.
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Es wird erkannt werden, daß aufgrund der unterschiedlichen
Natur der Positionssteuerung Schrittmotoren nicht für
Anwendungen geeignet sind, in denen eine absolute
Positionsgenauigkeit notwendig ist und eine Bewegung relativ
zu einer bekannten Referenz nicht garantiert werden kann:
zum Beispiel eine Anwendung, bei der der Motor blockiert
werden kann. Wenn einmal die Bewegung als Antwort auf einen
Puls blockiert ist, wird die Positionsgenauigkeit verloren.
Dieses kann durch Anbauen eines Positions- oder
Bewegungssensors an der Ausgabe überwunden werden, aber dieses
zu machen, führt zum Verlust von einem der Hauptvorteile des
Schrittmotors. Daher war die Verwendung von Schrittmotoren in
vielen Anwendungen, in denen sie andernfalls wünschenswert
wären, bisher begrenzt.
Zusammenfassung der Erfindung
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein
Schrittmotorregler bereitgestellt zum Liefern eines
Treibersignals an einen Schrittmotor und zum Detektieren, wenn
der angetriebene Schrittmotor in einem blockierten oder einem
laufenden Zustand ist, wobei in dem blockierten Zustand ein
Strom, der in einer Wicklung des Schrittmotors fließt,
abhängig von den elektrischen Eigenschaften der Wicklung ist,
wobei der Strom der blockierte Strom ist, und in dem laufenden
Zustand der Strom, der in der Wicklung fließt, abhängig von
einem Bewegungsstrom, der dem blockierten Strom überlagert
ist, ist, wobei der Schrittmotorregler aufweist:
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ein Schaltungsmittel zum Abtasten des Stromes, der in der
Wicklung fließt, ein vorbestimmtes Interval nach einer
Spulenkommutation, wobei das vorbestimmte Interval durch im
wesentlichen den Moment eines Maximum-Wendepunktes in dem
Strom, der in der Wicklung in dem laufenden Zustand fließt,
definiert ist; und
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ein Ausgabesignalerzeugungsmittel, das einen Komparator
aufweist und mit dem Schaltungsmittel gekoppelt ist, zum
Liefern eines ersten Ausgangssignals, wenn der überlagerte
Bewegungsstrom detektiert wird, und eines zweiten
Ausgabesignales, wenn kein überlagerter Bewegungsstrom
detektiert wird, bei der die Abtast- und Halteschaltung eine
Eingabe für den Komparator liefert und bei der der Komparator
den Strom, der in einer Wicklung bei Spulenkommutation fließt,
mit dem abgetasteten Strom, der in einer Wicklung nach dem
vorbestimmten Interval, das der Spulenkommutation folgt,
fließt, vergleicht und ein Ausgabedifferenzsignal liefert, das
einen ersten Pegel (H) aufweist, wenn der Schrittmotor in dem
lauf enden Zustand ist, und einen zweiten unterschiedlichen
Pegel (H') aufweist, wenn der Schrittmotor in dem blockierten
Zustand ist,
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wobei der erste Pegel das erste Ausgangssignal darstellt,
welches anzeigt, daß der Schrittmotor in dem laufenden Zustand
ist, und der zweite Pegel das zweite Ausgangssignal darstellt,
welches anzeigt, daß der Schrittmotor in dem blockierten
Zustand ist.
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Bevorzugterweise ist das vorbestimmte Interval im wesentlichen
durch den Moment der Spitzenmotorrotorbewegung bezüglich des
Wicklungs feldes definiert.
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Das vorbestimmte Interval kann durch eine Zählerausgabe und
durch ein Signal, das von einem Wicklungstreibersignal
abgeleitet ist, geliefert werden.
Kurze Bescchreibung der Zeichnungen
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Damit Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung weiter
erkannt werden können, wird eine Ausführungsform und die
Verwendung einer Ausführungsform nun, nur im Wege des
Beispiels, unter Bezugnahme auf die beigefügten
diagrammartigen Zeichnungen beschrieben, von denen:
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Figur 1 eine Schrittmotorsteueranordnung darstellt,
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Figur 2 Signalformen an Punkten in der Anordnung aus Figur 1
darstellt,
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Figur 3 einen Schrittmotorregler, der einen Teil der
Steueranordnung aus Figur 1 bildet, darstellt, und
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Figur 4 Signalformen an Punkten in dem Regler aus Figur 3
darstellt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Ein Schrittmotor 10 enthält einen Sechs-Polpaar-Rotor 11, der
um eine Ausgabewelle 12, die als die Rotorachse dient, drehbar
ist. Ein Statorring 14 des Motors 10 trägt eine Vier-Phasen-
Wicklung, die aus Wicklungen 15 und 16 aufgebaut ist. Der
Motor wird durch einen Schrittmotorregler 17 gesteuert, der an
seinen Ausgängen 18 und 19, 181 und 191 Ströme als Antwort auf
einen Pulszug 101, der an seinem Eingang 102 empfangen wird,
erzeugt. Die Ausgänge 18 und 19 sind entsprechend mit den
Statorwicklungen 15 und 16 verbunden, so daß die erzeugten
Ströme die Spulen zum Antreiben des Motors 10 als Reaktion auf
die Eingabe 101 antreiben. Strom wird der Anordnung durch eine
Stromversorgungsverbindung 100 des Reglers 17 geliefert. Die
Drehung des Motors 11 ist durch einen Wischer 103 begrenzt,
der fest mit der Ausgabewelle 12 verbunden ist und auf einen
Endstopper 104 auftrifft. Der Endstopper 104 ist in beiden
Richtungen der Drehung wirksam, so daß die maximale
fortlaufende Drehung die Ausgabewelle dadurch auf eine
Umdrehung begrenzt ist, oder tatsächlich auf weniger, falls
die Anfangsposition des Wischers 103 von seinem Stopper 104
entfernt ist.
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Es wird erkannt werden, daß der Motor 10, wie er gezeigt ist,
von einer Sechs-Polpaar-, Vier-Phasen-Konstruktion ist, was zu
einem Motor führt, der vierundzwanzig mögliche Drehpositionen
oder Schritte aufweist, die zur Bequemlichkeit als n
bezeichnet werden können, wobei n eine ganze Zahl zwischen 1
und 24 ist.
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Wie in der Technik der Schrittmotoren wohl bekannt ist, der
Regler 17 muß ein rotierendes magnetisches Feld in dem
Luftspalt des Motors 10 zum Treiben desselben zur Drehung als
Reaktion auf einen eingegebenen Pulszug erzeugen.
Typischerweise ist ein Regler zum Treiben eines Stromes durch
jede der Spulen in beide Richtungen angeordnet, wobei die
relative Kommutation der Ströme von einer Richtung zu der
anderen ein drehendes magnetisches Feld in der gewünschten
Richtung verwirklicht. Idealisierte Antriebssignalformen 20
und 21 (Figur 2(a) und (b)) zeigen ein Kommutationsmuster, das
durch den Regler 17 erzeugt und an die Motorspulen 15 bzw. 16
angelegt werden kann, zum Treiben des Motors von einer
Position 0 bei 22 zu einer Position 4 bei 23, wobei jede
Kommutation den Rotor von einer Winkelposition zu der nächsten
treibt. Die Signalform, wie sie gezeigt ist, würde zum
Antreiben des Motors über 4 in einer Drehung ausreichen, aber
in der Praxis tritt keine Drehung über 2 π aufgrund des
Zusammenwirkens
des Wischers 103 mit dem Endstopper 104 auf
und der Motor wird bei 23 (Position 4) blockiert.
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Das Verhalten des Motors als Reaktion auf eine Kommutation
wird nunmehr im Detail betrachtet, zum Beispiel die Antwort
auf eine einzelne Kommutation 30 (Figur 3(a)), die den Rotor
von Winkelposition n zu n+1 treibt.
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Die Signalform 30 (Figur 3) repräsentiert ein idealisiertes
Kommutationsstromtreibersignal, wie es durch den Regler 17
erzeugt werden könnte. Da die Motorwicklung, die anzutreiben
ist, eine Spule bildet, die sowohl eine Induktivität als auch
einen Widerstand aufweist, wird der Strom in der Spule durch
die wohl bekannte Beziehung gegeben:
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I(s) = V(s) / (R + sL) (1),
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wobei I der Wicklungsstrom, V(s) die Anregungsspannung, R bzw.
L der Spulenwiderstand bzw. die Spuleninduktivität und S der
Laplace-Operator sind. Der resultierende Strom in der Wicklung
aufgrund dieser elektrischen Randbedingungen wird daher in der
Form sein, wie sie bei 31 (Figur 3(b)) gezeigt ist.
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In Übereinstimmung mit dem klassischen Modell eines
Gleichstrommotors wird die Winkelantwort a auf einen
Wicklungsstrom i gegeben durch
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Km I(s) = s² J (s) + s f (s) (2),
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wobei K m und f entsprechend Motor- und Reibungskoeffizienten
sind und J die träge Masse der rotierenden Teile ist. Ein
Einsetzen von I(s) (Gleichung (1)) für I(s) (Gleichung (2))
gibt die Übertragungsfunktion der Ausgangswinkelposition
bezüglich der Eingangsspannung:
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G(s) = (s) / V(s) = Km/JL / (s(s+f/J) (s+R/L)) (3),
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die sowohl die elektrischen als auch die mechanischen
Zeitkonstanten der Position enthält. Falls dieses zum Beispiel
in dem Fall eines relativ langsamen Schrittmotors gegeben ist,
kann die elektrische Zeitkonstante bezüglich der mechanischen
Zeitkonstante vernachlässigt werden, wobei die genäherte
Übertragungs funktion ist:
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G(s) = Km/JL / s(s + f/J) (4),
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was als diejenige eines gedämpften Systems zweiter Ordnung
erkannt werden wird. Daher zeigt die Positionsantwort des
Motors 32 (Figur 3 (c)) eine gedämpfte Schwingung mit einem
Überschwingen vor einem Stillstand in ihrer letztendlichen
Position 36. Wie aus Figur 3 zu ersehen ist, diese Verhalten
kann als eine Anfangsphase, in der dem Rotor der
Wicklungsstrom fehlt, und eine Überschwingphase 33, in der der
Strom voll kommutiert ist aber der Rotor immer noch in
Bewegung ist, bevor er bei 36 zum Stillstand kommt, betrachtet
werden.
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Es wird erkannt werden, daß diese Bewegung einen Strom
erzeugt, der entsprechend des Lenz'schen Gesetzes der Bewegung
entgegen gerichtet ist, und daß der so erzeugte Strom in
Überlagerung über die elektrische Antwort der Wicklung
erscheinen wird. Der resultierende Spulenstrom 34 (Ic, Figur
3(d)) zeigt dann einen Minimum-Wendepunkt bei 35 aufgrund der
Rotorüberschwingung.
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Nun zurückkehrend zu Figur 2, die tatsächliche
Wicklungsstromsignalform für den Motor 10 ist ersichtlich
(Figur 2(a) und (d)) für den Rotor in einer fortlaufenden
Drehung von 0 (bei 22) zu 4 (bei 23). Es wird bemerkt werden,
daß beide Wicklungsstromsignalformen die überlagerte
Schwingung aufgrund der Rotorüberschwingung zeigen. Wenn
einmal die Position 4 erreicht ist (bei 23) ist der Motor
blockiert und der Rotor dreht sich nicht länger. Da es keine
Drehung gibt, gibt es keine Stromüberlagerung und der
Wicklungsstrom wird derjenige aufgrund der elektrischen
Eigenschaften von nur den Spulen, wie es bei 23 in Figur 2(c)
zu sehen ist. Daher liefert die drehungsinduzierte Schwingung
eine Basis zur Drehungsdetektion.
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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung weist der
Schrittmotorregler 17 ein Mittel zum Detektieren eines
Schwing-Wicklungsstromes, der eine Drehung anzeigt, auf, und
eine Ausführungsform eines solchen Reglers wird nur in
Verbindung mit einer Anwendung desselben beschrieben.
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Bisher wurden Schrittmotoren nicht in einer
Autofrontlichthöheneinstellung verwendet, da keine positive
Bewegungsdetektion ohne Rückgriff auf einen Rotationssensor,
was den Schrittmotorvorteil unwirksam machen würde, möglich
war. Bei der Frontlichthöhenrichtung kann, zum Beispiel, ein
Motor zum Antreiben eines Lichtträgers zwischen einer offenen
und einer geschlossenen Position als Reaktion auf einen
Belastungssensor zum Einstellen eines Frontlichtwinkels als
Reaktion auf eine Lastverteilung oder selbst als Reaktion auf
einen Höhensensor zur aktiven Steuerung der
Frontlichthöhenrichtung beim Bewegen verwendet werden. In
einer typischen Anordnung kann ein Motor ein Frontlicht
zwischen einem ersten Stopper, der eine geschlossene Position
definiert, und einem zweiten Stopper, der eine voll geöffnete
Position definiert, bewegen. So daß eine positionsmäßige
Steuerung mit einer vernünftigen Auflösung erreicht werden
kann, ohne auf einen komplexen Mehrfachpol-, Mehrphasenmotor
zurückzugreifen, kann ein Getriebe zum Herunterstufen der
Motordrehung verwendet werden. Dieses hat den hinzugefügten
Vorteil des Reduzierens der notwendigen Drehkraftgröße des
Motors. Viele Motorumdrehungen können für eine
Frontlichtstellung von einigen Grad auftreten, aber nichts
desto trotz wird schließlich ein Stopper getroffen werden.
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Bei dieser Anwendung ist es Pflicht, daß beide Frontlichter
ähnlich bewegt werden, da eine Fehlausrichtung in nicht
akzeptabler Weise gefährlich ist. Eine positive
Bewegungsdetektion ist daher notwendig, so daß für den Fall,
daß ein Licht, zum Beispiel aufgrund von Vereisung, blockieren
sollte, das Blockieren seines Motorantriebs den Motor der
anderen Lampe anhält, so daß eine Fehlausrichtung nicht
auftritt.
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Es wird erkannt werden, daß die vorliegende Erfindung einen
Schrittmotorregler mit einem Bewegungsregler mit einer
Bewegungsdetektionsausgabe liefert, und die Erzeugung einer
solchen Ausgabe innerhalb eines Reglers wird nun beschrieben.
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Ein Schrittmotorregler (Figur 4) weist Eingänge (40, 41) für
Wicklungstreibersignale und einen Ausgang (42), der eine
Motordrehung anzeigt, auf. Anschlüsse 412 und 413 sind zur
Verbindung mit einer Schrittmotorwicklung 43 über ein
Transistorfeld vorgesehen, das aus Transistoren Q&sub4;&sub1;, Q&sub4;&sub2;, Q&sub4;&sub3;
und Q&sub4;&sub4; gebildet ist, welches zum Treiben eines Stromes durch
die Windung 43 in beiden Richtungen gesteuert werden kann.
Wenn Q&sub4;&sub1; und Q&sub4;&sub4; angeschaltet sind, ist der Stromfluß in einer
Richtung. Der Stromfluß kann durch Ausschalten von Q&sub4;&sub1; und Q&sub4;&sub4;
und Anschalten von Q&sub4;&sub2; und Q&sub4;&sub3; umgekehrt werden. Treibersignale
für das Transistorfeld werden durch einen Treiber 44 als
Reaktion auf die Treibersignaleingaben geliefert, um eine
Stromkommutation zum Antreiben des Motors zu liefern. Es wird
erkannt werden, daß eine ähnliche Anordnung (nicht gezeigt)
zum Treiben anderer Wicklungen des Motores, von denen eine für
einen Zwei-Phasen-Motor sein wird, vorgesehen sein können.
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In dem Fall der Wicklung 43 sind Transistoren Q&sub4;&sub5; und Q&sub4;&sub6;
vorgesehen, die eine gemeinsame Basisverbindung mit den
entsprechenden Transistoren Q&sub4;&sub3; und Q&sub4;&sub4; des Feldes haben. Ein
Widerstand, der mit den gemeinsam verbundenen Emittern der
Transistoren Q&sub4;&sub3; und Q&sub4;&sub4; verbunden ist, trägt den
Wicklungsstrom, der entweder durch den Transistor Q&sub4;&sub3; oder den
Transistor Q&sub4;&sub4; geliefert wird, und daher entwickelt sich eine
Spannung, die repräsentativ für diesen Strom ist, über ihn.
Abhängig davon, welcher Transistor (Q&sub4;&sub3; und Q&sub4;&sub4;) in
Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, wird diese Spannung (plus
eine Übergangsspannung) an die Basis von entweder Q&sub4;&sub5; oder Q&sub4;&sub6;
übertragen, die in dem linearen Bereich vorgespannt sind. Die
Kollektorausgaben der Transistoren Q&sub4;&sub5; und Q&sub4;&sub6; sind mit
gegenüberliegenden Polen eines Auswahlschalters 45 verbunden.
Im Betrieb wird der eine oder der andere der Pole des
Schalters 45 direkt durch die Treibereingabe gesteuert, so daß
dieser Pol ausgewählt wird und an den Eingang eines
Pufferverstärkers 46 durchgeleitet wird, der einen
Einzelpolschalter 47 füttert. Daher ist eine Spannung, die
repräsentativ für den Spulenstrom ist, immer an dem
Eingangspol des Schalters 47 vorhanden.
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Der Schalter 47 wird durch ein Flip-Flop gesteuert, das durch
die NOR-Gatter 48 und 49 gebildet wird, welches gesetzt wird,
wenn ein Puls durch den Flanken erfassenden Pulsgenerator
erzeugt wird, der durch ein EXKLUSIV-ODER-Gatter 50, einen
Widerstand 51 und einen Kondensator 52 gebildet wird. Die
Eingabe des Pulsgenerators ist die Wicklungstreibersignalform
am Eingang 40, so daß er getriggert wird, wann immer eine
Kommutation des Wicklungsstroms auftritt. Wenn das Flip-Flop
gesetzt ist, die Ausgabe des Gatters 49 hält den Schalter 47
geschlossen und setzt einen Zähler 400 mit der Ausgabe des
Gatters 48 zurück. Der Zähler wird durch einen Takt 401 mit
fixierter Frequenz getrieben und auf diese Weise wird der
Schalter 47 für eine fixierte Periode (Zählerüberfluß), die
der Kommutation folgt, geschlossen gehalten. Während dieser
Zeit ist die Spannung, die repräsentativ für den Spulenstrom
ist, an einen Kondensator 402 angelegt. Wenn der Schalter 47
geöffnet wird, wird die Spannung mittels der auf dem
Kondensator 402 gehaltenen Ladung beibehalten und so wird eine
Abtast- und Halteanordnung geliefert. Die Spannung über den
Kondensator 402 treibt einen Eingang eines Verstärkers 404.
Der Eingang des Komparators 405 ist eine Spannung, die
repräsentativ für den Wicklungsstrom ist, der von der Ausgabe
des Verstärkers 46 abgeleitet ist, wobei die Kombination der
Verstärker 404, 405 und 403 einen Absolutwertverstärker mit
einem hohen Gleichtaktunterdrückungsverhältnis liefert. Die
Verstärkung dieses Absolutwertverstärkers wird durch Wahl
eines zugeordneten Widerstandsnetzwerkes derart eingestellt,
daß seine Ausgabe in einem ersten Zustand ist, falls die
Kondensatorspannung die abgeleitete Spannung wesentlich
überschreitet, und andernfalls in dem anderen Zustand ist. Die
Ausgabe des Verstärkers 403 ist mit einem Logikeingang eines
NOR-Gatters 406 verbunden. Die andere Eingabe des NOR-Gatters
406 wird geliefert durch ein Flip-Flop, das durch NOR-Gatter
407 und 408 gebildet wird, welches durch eine Ausgabe von dem
NOR-Gatter 49 in eine Bereitschaft zurückgesetzt wird, um
durch einen Puls von einem Pulsgenerator gesetzt zu werden,
der durch ein EXKLUSIV-ODER-Gatter 409, einen Widerstand 410
und einen Kondensator 411 gebildet wird, wenn eine Flanke in
dem Treibersignal, das an den Eingang 41 angelegt wird, das
das Kommutationssignal für die nicht-abgetastete Spule ist,
vorhanden ist. Das Setzen des Flip-Flops resultiert darin, daß
das NOR-Gatter 406 durch die Ausgabe des Gatters 408
freigegeben wird, so daß der logische Zustand des Komparators
an den DATA-Eingang eines Flip-Flops 416 übertragen wird. Der
Wert dieses Zustandes in diesem Moment wird in das Flip-Flop
416 durch jeden übergang getaktet, der durch die EXKLUSIV-
ODER-Gatter 409 und 50 über ein ODER-Gatter 414 geliefert
wird.
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Die Q-Ausgabe des Flip-Flops 416 wird als Ausgabe 42 des
Schrittmotorreglers geliefert und stellt einen Vergleich
zwischen dem Wert einer Spannung, die repräsentativ für den
Strom in der Wicklung 34 in einem fixierten Intervall nach
einer Wicklungskommutation ist, und dem Wert desselben
Spannungsparameters bei der nächsten Kommutation der anderen
Windung dar. Die Signifikanz dieser Ausgabe wird nun
demonstriert.
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Signalformen 50 und 51 (Figur 5(a) und (b)) zeigen
Wicklungsströme in den Wicklungen eines Vier-Phasen-
Schrittmotors während einer Periode von 6 Schritten einer
Versetzung 52 und einer nachfolgenden Periode 531 wenn der
Motor blockiert ist. Es wird beobachtet werden, daß während
der Drehung die Stromsignalformen eine Schwingung aufgrund
eines mechanischen Überschwingens zeigen, zum Beispiel am
Wendepunkt 54 Es wird bemerkt werden, daß keine solche
Schwingungen während der blockierten Periode 53 auftreten. Die
an dem Verstärker 46 angelegte Eingabe ist in Figur 5(c)
gezeigt und stellt den Wicklungsstrom als ein
gleichgerichtetes Signal aufgrund der Auswahltätigkeit des
Schalters 45f der den leitenden Transistor aus Q&sub4;&sub3; und Q&sub4;&sub4;
auswählt, dar, deren Spannungen dieselbe Richtung haben,
obwohl sie entgegengesetzte Spulenströme liefern. Der
Wendepunkt 54 erscheint daher zum Beispiel am Punkt 57 in der
Signalform aus Figur 5(d).
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Der Kommutation der Wicklung, deren Strom bei 51 dargestellt
ist, folgend schaltet der Schalter 47 die Spannung, die
repräsentativ für den Wicklungsstrom ist, über den Kondensator
402. Dieses selbe Triggern des Flip-Flops, das durch die
Gatter 48 und 49 gebildet wird, durch die Ausgabe des
Pulsgeneratorgatters 50 gibt den Zähler 400 frei, der den
Zustand des Schalters 47 für eine fixierte Zeit (58) beibehält
bis das Flip-Flop zurückgesetzt wird. In diesem Moment öffnet
der Schalter 47 zum Speichern eines Abtastwertes (Pegel H) der
angelegten Spannung zum Zeitpunkt S. Die Ausgabe des
Verstärkers 403 während der nachfolgenden Periode 59 stellt
einen Vergleich zwischen dem gespeicherten Abtastwert und dem
Stromwert der Spannung, die repräsentativ für den
Wicklungsstrom ist, dar und der Zustand dieses Vergleichs wird
an das Flip-Flop übertragen, wenn die Spulenkommutation (T)
einen Wert von dem freigegebenen Gatter 406 in Folge der
Flanke der Kommutationssignalform (Gatter 414), die bei dem
Takteingang C des Flip-Flops 416 erscheint, lädt. Daher ist
die Ausgabe 42 repräsentativ für einen Vergleich zwischen dem
Wicklungsstrom an den Zeitpunkten S und T für den direkt
davorliegenden Wicklungsstreiberhalbzyklus.
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Die vorbestimmte Zeit 58 zwischen der Kommutation der Wicklung
43 und dem Abtastmoment wird, durch Auswählen einer geeigneten
Frequenz für den Takt 401 und eines Bereichs zum Überlaufen
für den Zähler 400, so eingerichtet, daß sie gleich zu der
mechanischen Zeitkonstante des Motors bezüglich des
Spulenstromes ist, und daher ist der Abtastmoment S im
wesentlichen übereinstimmend mit dem Wendepunkt 57. Der
Abtastwert wird auf dem Kondensator 402 gehalten, wie zuvor
beschrieben worden ist, bis der Vergleich zum Zeitpunkt T
gemacht ist. Es wird beobachtet werden, daß, wenn der Motor
läuft (Periode 52), die Schwingung auftritt, und daß, wenn der
Motor blockiert ist (Periode 53), kein Schwingungssignal
vorhanden sein kann, da keine relative Bewegung des Rotors
bezüglich der Spule vorhanden ist. Daher gibt es keinen
überlagerten Strom und die Signalform des Stromes in der
Wicklung wird nur durch die elektrischen Parameter der
Wicklungen selbst bestimmt. Daher wird, wenn Bewegung
auftritt, der Abtastwert auf Pegel H gehalten, was zu einem
differentiellen Vergleich 500 führt, während, wenn der Motor
blockiert ist (Periode 53), der Abtastwert auf einem
niedrigeren Pegel H' gehalten wird, was zu einem Vergleich 501
führt. Daher ist eine Basis für eine Bewegungsdetektion
geliefert. Wie zuvor beschrieben worden ist, die Verstärkung
des Absolutwertverstärkers (403. 404, 405) ist so
eingerichtet, daß sie zwischen unterschiedlichen Eingaben der
Größe 500 bzw. 501 triggert und daher ein Signal liefert, das
die Bewegung zum Zeitpunkt T anzeigt. Es ist diese Ausgabe,
welche zu dem Flip-Flop 416 im Zeitpunkt T übertragen wird, um
eine Ausgabe bei 42 zu liefern, die eine Bewegung (logisch 0)
oder keine Bewegung (logisch 1) des Motors während eines
vorhergehenden Wicklungsstromzyklus anzeigt.
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Es wird erkannt werden, daß die vorbestimmte Periode ein
Parameter der Motordynamik und daher unabhängig von der
Motorspannungsversorgung und dem Wicklungswiderstand ist. Es
ist beobachtet worden, daß für Motoren ähnlichen Typs und
diejenigen, die für ähnliche Anwendungen verwendet werden, es
keine große Variation in dieser vorbestimmten Zeit gibt. Daher
ist ein einzelnes Detektionsanordnungsdesign gültig für einen
weiten Bereich von Motorkonstruktionen und -leistungen. Nichts
desto trotz, es wird weiterhin erkannt werden, daß die
vorbestimmte Zeit zum Beispiel durch Variieren der Frequenz
eines Oszillators so ausgewählt werden kann, daß sie mit einer
Zeit konsistent ist, die durch Überwachen der Ausgabe eines
Positionssensors, der an einem Testmotor relevanten Typs
angebracht ist, beobachtet wurde, oder die aus einer Kenntnis
von Motorparametern berechnet wurde. In der Tat kann der
Detektor, wie er beschrieben wurde, zum Setzen der
vorbestimmten Zeit durch Einstellen der Oszillatorfrequenz
verwendet werden, so daß eine Ausgabe, die Bewegung und keine
Bewegung anzeigt, geliefert wird, wenn der Motor sowohl
laufend als auch blockiert entsprechend beobachtet wird. Des
weiteren ist es nicht wesentlich, daß der Abtastmoment präzise
am Wendepunkt auftritt, da dieser Punkt einen relativ flachen
Abschnitt der Kurve darstellt, beeinträchtigt ein Ausmaß eines
Zeitsteuerungsfehlers die Detektion nicht nachteilig.
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Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die oben
beschrieben wurde, darf die Motorgeschwindigkeit nicht so groß
sein, daß eine ungenügende Zeit für das Wenden auftritt. Die
Ausführungsform ist daher für Anwendungen geeignet, in denen
ein Motor relativ langsam und innerhalb seines
Ansprechbereiches läuft, wo es eine Eins-zu-Eins-Entsprechung
zwischen Kommutation und Rotation gibt, wenn er blockiert ist,
was die in Figur 5 dargestellte Situation ist. Ein typisches
Beispiel würde die zuvor erwähnte Frontlichtsteueranordnung
sein.
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Zu dem Beispiel der Frontlichtanordnung zurückkehrend, es wird
realisiert werden, daß die Steuerung des Systems (nicht
gezeigt) als Reaktion auf die Ausgabe 42 ausgeführt werden
kann, um ein Treiben des einen Kopflichtmotors zu verhindern,
falls der andere blockiert ist, so daß eine Fehlausrichtung
nicht auftritt. Die Steuerung kann weiter so angeordnet sein,
daß sie eine schwingende Bewegung einleitet, falls der
blockierte Zustand detektiert wird, das heißt ein
aufeinanderfolgendes Antreiben in zuerst der einen Richtung
(1, Figur 1), dann der anderen Richtung (2) und letztendlich
wieder in der ersten Richtung (3). Durch dieses Mittel kann
ein Endstopper (Bewegung nur in einer Richtung möglich) von
einem blockierten Motor (keine Bewegung möglich) unterschieden
werden. Darüber hinaus können zwei entgegengesetzte Endstopper
durch Erkennen der Richtung der möglichen Bewegung
unterschieden werden. Derart kann eine Bezugsposition für den
Motor unzweideutig bestimmt werden, um eine nachfolgende
differentielle Positionssteuerung zu erlauben.