DE69924231T2

DE69924231T2 - Antriebsvorrichtung für einen Schrittmotor

Info

Publication number: DE69924231T2
Application number: DE69924231T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Amagasaki-shi Yasohara; Masakazu Yonago-shi Senoh
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2019-12-23
Also published as: MY115515A; DE69924231D1; EP1041708B1; US6271641B1; EP1041708A2; EP1041708A3

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine neuartige Antriebsvorrichtung für einen Schrittmotor, die einen Schrittmotor antreibt, ohne dass dieser den Gleichlauf verliert.
Hintergrund der Erfindung
Schrittmotoren sind in letzter Zeit zahlreichen Büroautomatisierungsgeräten und Computerperipherien wie Druckern, Faxmaschinen, Bildscannern, Kopiermaschinen, Laserdruckern usw. sowie auch Fabrikautomatisierungsgeräten einschliesslich Werkzeugmaschinen verwendet worden. Schrittmotoren werden also jetzt in grossem Umfang sowohl bezüglich der Anwendungen als auch bezüglich der Stückzahlen verwendet, weil eine Steuerung der Geschwindigkeit oder eine Steuerung der Position mit einem extrem einfachen und ausserordentlich billigen System erzielt werden kann, bei dem ein Schrittmotor eingesetzt wird.
73A und 73B veranschaulichen den Aufbau und ein Schaltschema einer herkömmlichen Antriebsvorrichtung für einen Schrittmotor gemäss einem ersten herkömmlichen Beispiel.
In 73A schliesst der Zweiphasen-Schrittmotor 801 Zweiphasen-Antriebswicklungen ein, die hierunter als Wicklung der Phase A und Wicklung der Phase B bezeichnet werden. Erreger 802a und 802b empfangen Antriebsbefehlssignale DrA und DrB und erregen damit die Wicklung der Phase A und die Wicklung der Phase B.
Wie in 73B gezeigt, umfasst der Erreger 802a eine Brückenschaltung, die aus vier Transistoren gebildet wird, und diese Schaltung funktioniert wie folgt. Wenn der Eingang IN-A sich auf Niveau H befindet, nimmt Ausgang A das Niveau H und Ausgang /A das Niveau L an. Wenn der Eingang In-A sich auf Niveau L befindet, nimmt Ausgang A das Niveau L und Ausgang /A das Niveau H an. In anderen Worten erlaubt, wenn Eingang IN-A sich auf dem Niveau H befindet, eine Gleichstromspannung VDC (nicht gezeigt) den Stromfluss in Plusrichtung, d.h. von A nach /A. Wenn Eingang IN-A sich auf Niveau L befindet, erlaubt Spannung VDC den Stromfluss in Minusrichtung, d.h. von /A nach A. Ein weiterer Erreger 802b ist sowohl im Aufbau also auch im Betrieb mit dem Erreger 802a identisch.
Einschalt-Verzögerungskreise 811 bis 814 (Vzg) sind vorgesehen, wie in 73B gezeigt, um zu verhindern, dass die Transistorschalter, aus denen die Brückenschaltung besteht, die Stromversorgung auf Grund eines Fehlers kurz schliessen.
In 73A und 73B wird eine Plusspannung VDC zwischen Eingängen A und /A des Erregers 802a angelegt, wenn sich das Signal DrA auf Niveau H befindet. Diese Spannung erregt die Wicklung der Phase A positiv. Andererseits wird eine Minusspannung VDC zwischen Eingängen A und /A angelegt, wenn sich das Signal DrA auf Niveau L befindet, und diese Spannung erregt die Wicklung der Phase A negativ. Die durch Erreger 802b erregte Wicklung der Phase B erfährt die gleichen Vorgänge wie oben erörtert.
74A bis 74D veranschaulichen den Betrieb der herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung, die im ersten herkömmlichen Beispiel eingesetzt wird.
74A veranschaulicht die Beziehung zwischen der Treiberposition θ und dem dort erzeugten Drehmoment T, wobei das Drehmoment T erhalten wird, indem die Antriebswicklungen des Motors 801 mit einer gegebenen Erregung versehen werden. Die Beziehungen zwischen Position θ und Drehmoment T sind in den entsprechenden Beispielen in 74A wie folgt ausgedrückt:
Ta: die Wicklung der Phase A ist positiv erregt;
Tb: die Wicklung der Phase B ist positiv erregt;
–Ta: die Wicklung der Phase A ist negativ erregt;
–Tb: die Wicklung der Phase B ist negativ erregt.
Wenn sich der Treiber in der positiven Richtung bewegt, entspricht die Treiberposition θ der Richtung nach rechts in 74A, aber wenn sich der Treiber in der negativen Richtung bewegt, entspricht sie der Richtung nach links in 74A. Was das Drehmoment T betrifft, so erlaubt die Vorwärtsrichtung eine Bewegung des Treibers in der positiven Richtung, während die Rückwärtsrichtung dem Treiber eine Bewegung in der negativen Richtung erlaubt. Das Drehmoment in Vorwärtsrichtung weist in 74A nach oben.
In 74A hat ein durch Erregung der Wicklung der Phase A erzeugtes Drehmoment einen Unterschied von 90° im elektrischen Winkel gegenüber dem durch Erregung der Wicklung der Phase B erzeugten Drehmoment, da die Antriebswicklungen der entsprechenden Phasen mit einer Verschiebung von 90° im elektrischen Winkel bezüglich des Polaritätsabstands des Treibers montiert sind.
74B veranschaulicht die Beziehung zwischen der Treiberposition θ und dem dort durch Erregung der Wicklungen der beiden Phasen A und B (Zweiphasen-Erregerantrieb) erzeugten Drehmoment T. Die Beziehungen zwischen θ und T sind in den entsprechenden Beispielen in 74B wie folgt ausgedrückt:
Ta + Tb: die Wicklungen der Phasen A und B sind positiv erregt;
–Ta + Tb: die Wicklung der Phase A ist negativ erregt, während die Wicklung der Phase B positiv erregt ist;
–Ta – Tb: Die Wicklungen der Phasen A und B sind negativ erregt; und
Ta – Tb: Die Wicklung der Phase A ist positiv erregt, die Wicklung der Phase B ist negativ erregt.
Jedes oben erörterte Beispiel ist aus den in 74A gezeigten Drehmomenten zusammengesetzt. Was die Treiberposition θ und die Richtung des Drehmoments betrifft, so drückt 74B diese in der gleichen Weise wie 74A aus.
Der oben bezüglich des Schrittmotors gegebenen Beschreibung zufolge kann grob gefolgert werden, dass eine Beziehung zwischen der Treiberposition θ und dem dort erzeugten Drehmoment eindeutig festgelegt werden kann, wenn die Antriebswicklungen der entsprechenden Phasen auf ein gegebenes Niveau erregt werden.
74C veranschaulicht, wie die Antriebsbefehlssignale DrA und DrB mit einem Phasenunterschied von 90° den Erregern 802a und 802b zugeführt werden, während 74D veranschaulicht, wie der Motor 801 mit diesen Antriebsbefehlen funktioniert.
Vor dem Zeitpunkt t1 sind die Wicklungen der Phasen A und B beide positiv erregt, da sich die Signale DrA und DrB auf Niveau H befinden, und der Treiber wird während dieser Plusperiode durch ein Drehmoment „Ta + Tb" angetrieben. Zum Zeitpunkt t1, wenn Signal DrA sich von Niveau H auf Niveau L verändert, wechselt die Polarität der Erregung der Wicklung der Phase A in der Weise, dass das Drehmoment sich zum Ausdruck „–Ta + Tb" verändert und wieder die Vorwärtsrichtung annimmt. Auf Grund dieser Veränderungen wird der Treiber weiter in der gleichen (positiven) Richtung angetrieben, und zwar bis zum Zeitpunkt t2, wenn sich das Signal DrB von Niveau H auf Niveau L verändert.
Zum Zeitpunkt 2, wenn sich das Signal DrB von Niveau H auf Niveau L verändert, wechselt die Polarität der Erregung der Wicklung der Phase B in der Weise, dass das Drehmoment sich zum Ausdruck „–Ta – Tb" verändert und wieder die Vorwärtsrichtung annimmt. Der Treiber wird dann weiter ohne Unterbrechung in der gleichen (positiven) Richtung angetrieben.
Zu den Zeitpunkten t3, t3 und t5 ändern sich immer dann, wenn sich die Signale DrA und DrB verändern, in gleicher Weise abwechselnd die Polaritäten der Erregung der Wicklungen der Phasen A und B, so dass sich das Drehmoment den Ausdrücken „Ta – Tb", „Ta + Tb" und „–Ta + Tb" entsprechend verändert und aufeinanderfolgend die Vorwärtsrichtung annimmt. Der Treiber wird dadurch weiter in der gleichen (positiven) Richtung angetrieben.
Die erste herkömmliche Antriebsvorrichtung für einen Schrittmotor funktioniert wie oben erörtert. In diesem ersten herkömmlichen Beispiel sinkt, wenn die Frequenzen der Signale DrA und DrB steigen, das Drehmoment für den Antrieb des Motortreibers so rasch, dass der Treiber an Geschwindigkeit verliert. Im Ergebnis verliert der Motor seinen Gleichlauf.
Es gibt zwei hauptsächliche Faktoren für Gleichlaufverlust des Motors.

1. Die Induktivität der Antriebswicklungen beeinträchtigt den Strom, der dann nicht genügt, um die Wicklungen zu erregen, so dass ein gewünschtes Drehmoment nicht erzeugt werden kann. Verschiedene Verfahren sind vorgeschlagen worden, um diesen Faktor zu überwinden. Zum Beispiel ist vorgeschlagen worden, einen Widerstand in Reihe zu schalten, um die elektrische Zeitkonstante der Wicklungen zu veringern, oder die Antriebsspannung vorübergehend zu erhöhen, um einen Erregerstrom schnell zu etablieren. Ein weiteres Verfahren wird in der Japanischen Patentanmeldung Nr. 41-9489 offenbart, wonach eine Antriebsspannung als Reaktion auf die Frequenz eines Antriebsbefehlssignals verändert wird.
2. Die Zeitpunkte der Erregungswechsel der Wicklungen entsprechen nicht der Be ziehung zwischen der durch Erregung der Wicklungen bestimmten Treiberposition θ und dem dort erzeugten Drehmoment. Dieser zweite Faktor wird hiernach unter Bezugnahme auf 75A bis 75D beschrieben.

75A und 75B veranschaulichen die Beziehungen zwischen der Treiberposition θ und dem Drehmoment, das dort erzeugt wird, wenn die Wicklungen der entsprechenden Phasen erregt werden. Diese Figuren sind identisch mit 74A und 74B.
Es sei angenommen, dass Antriebsbefehlssignale DrA und DrB, deren Frequenzen höher als die in 74C gezeigten sind, als Erregersignale IN-A und IN-B den Erregern zugeführt werden, wie in 75C gezeigt.
Durch Signale DrA und DrB wird die Richtung der an die Antriebswicklungen angelegten, entsprechenden Erregungen gewechselt, wodurch ein Drehmoment erzeugt wird, wie in 75D veranschaulicht.
Vor dem Zeitpunkt tr1 bringt die Veränderung der Erregung das Drehmoment T in die Vorwärtsrichtung; wenn aber die Frequenzen der Signale DrA und DrB hoch sind, wird das Drehmoment T schliesslich in die umgekehrte Richtung gebracht, was z um Zeitpunkt tr1 geschieht. Dies deshalb, weil die Erregung zu einem bestimmten Zeitpunkt ohne Rücksicht auf die Beziehung zwischen der Position θ und dem dort erzeugten Drehmoment verändert worden ist.
Nach dem Zeitpunkt tr1 bleibt das Drehmoment T, wenn die Frequenzen der Signale DrA und DrA hoch bleiben, weiter in der Rückwärtsrichtung, und der Treiber verliert folglich an Antriebsdrehmoment und Geschwindigkeit, der Motor verliert Gleichlauf und hält schliesslich an.
Wenn diese beiden Faktoren für Gleichlaufverlust verglichen werden, dann wird Gleichlaufverlust wegen des zweiten Faktors, d.h. dem Zeitpunkt einer Veränderung der Erregung der Wicklungen, oft vor einem Gleichlaufverlust wegen des ersten Faktors, d.h. der Induktivität der Wicklungen, beobachtet. In anderen Worten ist der zweite Faktor der hauptsächliche Faktor für Gleichlaufverlust.
76 ist das Schaltschema einer herkömmlichen Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einem zweiten Beispiel des Standes der Technik.
In 76 schliesst der Zweiphasen-Schrittmotor 801 Zweiphasen-Antriebswicklungen ein, nämlich die Wicklung der Phase A und die Wicklung der Phase B. Erreger 802a und 802b empfangen Antriebsbefehlssignale DrA und DrB und erregen damit die Wicklung der Phase A und die Wicklung der Phase B.
Erreger 802a und 802b empfangen eine Konstantspannung Vr als Stromwertsignale Ref-A und Ref-B. Diese Signale bestimmten den maximalen Erregerstrom der entsprechenden Phasenwicklungen.
Wie in 77 gezeigt, umfasst der Erreger 802a eine Brückenschaltung, die aus vier Transistoren gebildet wird, sowie einen Stromregler 15 (CL), und diese Brückenschaltung funktioniert wie folgt. Wenn der Eingang IN-A sich auf Niveau H befindet, nimmt Ausgang A das Niveau H und Ausgang /A das Niveau L an. Wenn der Eingang IN-A sich auf Niveau L befindet, nimmt Ausgang A das Niveau L und Ausgang /A das Niveau H an. In anderen Worten erlaubt, wenn Eingang IN-A sich auf dem Niveau H befindet, eine Gleichstromspannung VDC (nicht gezeigt) den Stromfluss in Plusrichtung, d.h. von A nach /A. Wenn Eingang IN-A sich auf Niveau L befindet, erlaubt Spannung VDC den Stromfluss in Minusrichtung, d.h. von /A nach A.
Der Stromregler 815 steuert den maximalen Erregerstrom der Wicklung der Phase A des Motors 801 in der Weise, dass der Strom durch das Stromwertsignal Ref-A festgelegt werden kann.
In anderen Worten wird, wenn der Erregerstrom der Wicklung der Phase A, der vom Stromdetektorwiderstand 816 (R) erfasst wird, den durch das Stromwertsignal Ref-A angezeigten Wert erreicht hat, der RS-Flipflop 818 gesetzt, wodurch Ausgänge A und /A zum Niveau H verändert werden. Zu diesem Zeitpunkt wird die an die Wicklung der Phase A angelegte Spannung im Wesentlichen null, so dass durch die Wirkung der Induktivität der Wicklungen der Erregerstrom auf einem Ref-A entsprechenden, konstanten Wert gehalten werden kann. Der Oszillator 819 (OSC) setzt den RS-Flipflop 818 periodisch zurück, wodurch eine Spannung an die Wicklung angelegt wird. Der Oszillator 819 hindert somit den Erregerstrom daran, wegen innerer Verluste und dergleichen gedämpft zu werden. Der andere Erreger 802b funktioniert in der gleichen Weise wie der Erreger 802a.
Einschalt-Verzögerungskreise 811 bis 814 (Vzg) sind in 77 vorgesehen, um zu verhindern, dass die Transistorschalter, aus denen die Brückenschaltung besteht, die Stromversorgung auf Grund eines Fehlers kurz schliessen. Ein Filter 817 (Fil) ist vorgesehen, um Rauschen zu eliminieren, das auftritt, wenn der Erregerstrom der Antriebswicklungen durch den Stromdetektorwiderstand 816 (R) erfasst wird.
Eine Plusspannung VDC wird somit zwischen den Eingängen A und /A des Erregers 802a angelegt, wenn sich das Antriebsbefehlssignal DrA auf Niveau H befindet. Diese Spannung erregt die Wicklung der Phase A positiv. Andererseits wird eine Minusspannung VDC zwischen den Eingängen A und /A angelegt, wenn sich das Signal DrA auf Niveau L befindet, und diese Spannung erregt die Wicklung der Phase A negativ. In beiden Fällen wird der maximale Erregerstrom der Wicklungen mit dem durch das Stromwertsignal Ref-A bestimmten Wert, d.h. Vr, geregelt. Die durch Erreger 802b erregte Wicklung der Phase B erfährt die gleichen Vorgänge wie oben erörtert.
78A bis 78D veranschaulichen den Betrieb der herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung, die im zweiten herkömmlichen Beispiel eingesetzt wird.
78A veranschaulicht die Beziehung zwischen der Treiberposition θ und dem dort erzeugten Drehmoment T, wobei das Drehmoment T erhalten wird, indem die Treiberwicklungen des Motors 801 mit einer gegebenen Erregung versehen werden. Dies ist identisch mit dem in 74A gezeigten ersten Beispiel des Standes der Technik.
78B veranschaulicht die Beziehung zwischen der Treiberposition θ und dem dort durch Erregung der beiden Wicklungen, die der Phase A und und die der Phase B (Zweiphasen-Erregerantrieb), erzeugten Drehmoment T. Dies ist identisch mit dem in 74A gezeigten ersten Beispiel des Standes der Technik.
78C veranschaulicht, wie die Antriebsbefehlssignale DrA und DrB mit einem Phasenunterschied von 90° den Erregern 802a und 802b zugeführt werden, während 78D veranschaulicht, wie der Motor 801 mit diesen Antriebsbefehlen funktioniert.
Vor dem Zeitpunkt t1 sind die Wicklungen der Phasen A und B beide positiv erregt, da sich die Signale DrA und DrB auf Niveau H befinden, und der Treiber wird während dieser Plusperiode durch ein Drehmoment „Ta + Tb" angetrieben. Zum Zeitpunkt t1, wenn Signal DrA sich von Niveau H auf Niveau L verändert, wechselt die Polarität der Erregung der Wicklung der Phase A in der Weise, dass das Drehmoment sich zum Ausdruck „–Ta + Tb" verändert und die Vorwärtsrichtung annimmt. Auf Grund dieser Veränderungen wird der Treiber weiter in der gleichen (positiven) Richtung angetrieben, und zwar bis zum Zeitpunkt t2, wenn sich das Signal DrB von Niveau H auf Niveau L verändert.
Zum Zeitpunkt t2, wenn sich das Signal DrB von Niveau H auf Niveau L verändert, wechselt die Polarität der Erregung der Wicklung der Phase B in der Weise, dass das Drehmoment sich zum Ausdruck „–Ta – Tb" verändert und wieder die Vorwärtsrichtung annimmt. Der Treiber wird dann weiter in der gleichen (positiven) Richtung angetrieben.
Zu den Zeitpunkten t3, t3 und t5 ändern sich immer dann, wenn sich die Signale DrA und DrB verändern, in gleicher Weise abwechselnd die Polaritäten der Erregung der Wicklungen der Phasen A und B, so dass sich das Drehmoment den Ausdrücken „Ta – Tb", „Ta + Tb" und „–Ta + Tb" entsprechend verändert und aufeinanderfolgend die Vorwärtsrichtung annimmt. Der Treiber wird dadurch ohne Unterbrechung weiter in der gleichen (positiven) Richtung angetrieben. Die herkömmliche Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss dem zweiten herkömmlichen Beispiel funktioniert wie oben erörtert.
In diesem zweiten herkömmlichen Beispiel ist die Welligkeit, die erzeugt wird, wenn der Treiber angetrieben wird, ungeheuer gross, wie in 78D gezeigt, und diese grosse Welligkeit verstärkt Vibrationen, Geräusche und Drehgeschwindigkeitsschwankungen. Dies deshalb, weil der Treiber durch einen Erregerstrom von konstantem Niveau angetrieben wird.
In anderen Worten sollte, da der Gleichlaufverlust eine dem Schrittmotor innewohnende Eigenschaft ist, genügend Drehmomentenspielraum vorgesehen werden, um den Gleichlaufverlust beim Motorantrieb nicht herauszufordern. Zu diesem Zweck sollte der Erregerstrom oder die Antriebsspannung der Wicklungen allgemein bis zu einem bestimmten Ausmass höher eingestellt werden, nämlich auf ein Niveau, auf dem der Erregerstrom der Wicklungen ein Anfangsdrehmoment erhalten kann. In diesem Falle läuft der normale Betrieb mit einem zu hohen Erregerstrom, da im normalen Betrieb die Belastung geringer ist als beim Anlaufen. Im Ergebnis ist es, wie in 78D gezeigt, unvermeidlich, dass die Welligkeit des erzeugten Drehmoments grösser ist als die des Drehmoments im normalen Betrieb.
Des Weiteren erzeugt der hohe Erregerstrom mehr Wärme im Motor und führt zu einem geringeren Wirkungsgrad.
Wenn die Frequenzen der Antriebsbefehlssignale DrA und DrB der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung des zweiten herkömmlichen Beispiels steigen, sinkt in der gleichen Weise wie im ersten herkömmlichen Beispiel das Drehmoment für den Antrieb des Treibers rasch, wodurch der Treiber an Geschwindigkeit verliert und dann Gleichlauf verliert.
Der Faktor für diesen Vorgang ist der gleiche wie im ersten herkömmlichen Beispiel.
Die Zeitpunkte der Erregungswechsel der Wicklungen entsprechen nicht der Beziehung zwischen der durch Erregung der Wicklungen bestimmten Treiberposition θ und dem dort erzeugten Drehmoment T. Der durch diesen Faktor verursachte Gleichlaufverlust wird hiernach unter Bezugnahme auf 79A bis 79D beschrieben.
79A und 79B veranschaulichen die Beziehung zwischen der Treiberposition θ und dem Drehmoment T, das dort erzeugt wird, wenn die Wicklungen der entsprechenden Phasen erregt werden. Diese Figuren sind identisch mit 78A und 78B.
Es sei angenommen, dass Antriebsbefehlssignale DrA und DrB, deren Frequenzen höher als die in 78C gezeigten sind, als Erregersignale IN-A und IN-B den Erregern zugeführt werden, wie in 79C gezeigt.
Signale DrA und DrB wechseln die an die Antriebswicklungen angelegten, entsprechenden Erregungen und erzeugen dadurch ein Drehmoment, wie in 79D veranschaulicht.
Vor dem Zeitpunkt tr1 bringt die Veränderung der Erregung das Drehmoment T in die Vorwärtsrichtung; wenn aber die Frequenzen der Signale DrA und DrB hoch sind, wird das Drehmoment T schliesslich in die umgekehrte Richtung gebracht, was z um Zeitpunkt tr1 geschieht. Dies deshalb, weil die Erregung zu einem bestimmten Zeitpunkt ohne Rücksicht auf die Beziehung zwischen der Position θ und dem dort erzeugten Drehmoment T verändert worden ist.
Nach dem Zeitpunkt tr1 bleibt das Drehmoment T, wenn die Frequenzen der Signale DrA und DrA hoch bleiben, weiter in der Rückwärtsrichtung, und der Treiber verliert folglich an Antriebsdrehmoment und Geschwindigkeit, der Motor verliert dann Gleichlauf und hält schliesslich an.
In der Japanischen Patentanmeldung 07-59395 wird das folgende Antriebsverfahren offenbart, mit dem beabsichtigt wird, den im ersten und zweiten herkömmlichen Beispiel erörterten Gleichlaufverlust zu vermeiden.
In einem Schrittmotor, dessen Rotor einem Antriebsbefehlssignal folgend durch Wechsel einer zu erregenden Phase angetrieben wird, sollte, wenn die Beziehung –π/2N < (θcmd – θlag – θrot) < π/2Nerfüllt ist, θex = θcmdgelten, wobei

N: die Anzahl der Rotorzähne,
θcmd: die durch einen Befehlsimpuls bestimmte, angewiesene Position,
θrot: die Position des Rotors,
θex: die angewiesene Erregungsposition und
θlag: ein Verzögerungswinkel zwischen θex (der angewiesenen Erregungsposition) und θm (der aktuellen erregten Position) ist.

Wenn die Beziehung π/2N < (θcmd – θlag – θrot)erfüllt ist, sollte θex = θrot + θlag + π/2Ngelten.
Wenn die Beziehung –π/2N > (θcmd – θlag – θrot)erfüllt ist, sollte θex = θrot + θlag – π/2Ngelten.
80 ist ein Blockdiagramm, das ein drittes herkömmliches Beispiel eines Schrittmotor-Treiberkreises veranschaulicht.
Dieses Beispiel des Standes der Technik erlaubt einen Betrieb des Schrittmotors als normaler Schrittmotor, wenn der Motor keinem Gleichlaufverlust unterliegt. Wenn aber ein Gleichlaufverlust eintritt, dann bewirkt die Treiberschaltung, dass der Motor als ein Gleichstrommotor arbeitet, so dass der Motor eine angewiesene Position mit seinem maximalen Drehmoment anstreben kann. Nachdem der Motor die angewiesene Position erreicht hat, führt die Treiberschaltung den Motor in den Normalbetrieb zurück. Wie oben erörtert, offenbart dieses Beispiel des Standes der Technik ein Verfahren zu verhindern, dass der Motor Gleichlauf verliert.
Dieses Beispiel des Standes der Technik verlangt aber, dass die vom Drehkodierer 902 gelieferten Rotorpositions-Erkennungssignale eine hohe Auflösung besitzen, um aktuelle Werte zu haben. Denn die Rotorposition „θrot" sollte im Bereich von –π/2N bis π/2N, d.h. den Schwellenwerten der entsprechenden Formeln (also zwischen elektrischen Winkeln von –90 und +90°) genau erfasst werden, um die angewiesene Erregerposition „θex" aus den oben erörterten Formeln für die entsprechenden Fälle bestimmen zu können. Innerhalb dieses Bereichs wird der Motor tatsächlich mit dem maximalen Drehmoment angetrieben, als wäre er ein Gleichstrommotor, und zwar auf Grund der Annahme, dass θex = θrot + θlag + π/2N erfüllt ist, wenn die Rotorposition wegen dieser groben Genauigkeit der Positionserfassung mit einer geringen Auflösung von ein oder zwei Impulsen erfasst wird, obwohl diese Rotorposition dem Motor eine Drehung ohne Gleichlaufverlust erlaubt, selbst wenn die Gleichung θex = θcmd erfüllt ist. Im Gegenteil wird der Schrittmotor auf der Basis von θex = θcmd angetrieben und dadurch das Drehmoment wesentlich verringert, obwohl seine Rotorposition die Gleichung θex = θrot + θlag + π/2N erfüllen muss, damit Gleichlaufverlust vermieden wird. Somit funktioniert der Motor manchmal im Widerspruch zu dem, was in diesen Beispielen des Standes der Technik offenbart wird.
In der US-Patentanmeldung Nr. 6 121 744 wird eine Vorrichtung offenbart, die einen auf diesem Stande der Technik beruhenden Schrittmotorregler darstellt. Diese ist veröffentlicht worden, nachdem die vorliegende Erfindung beim Japanischen Patentamt eingereicht worden war. Wie diese Veröffentlichung offenbart, benötigt ein als Positionsdetektor verwendeter Kodierer eine Auflösung von 1000 Impulsen je Umdrehung (was zu 10 Impulsen innerhalb des elektrischen Winkelbereichs von –90 bis +90° umgerechnet wird).
In anderen Worten brauchen herkömmliche Schrittmotor-Antriebsvorrichtungen einschliesslich dieser oben erörterten Vorrichtung des Standes der Technik im Wesentlichen einen Drehkodierer hoher Auflösung wie zum Beispiel einen Resolver, wodurch die Vorrichtung sperrig und teuer wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird in den Ansprüchen definiert.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vermag einen Faktor des Gleichlaufverlusts zu eliminieren, nämlich die Abweichung des Erregungszeitpunkts der Antriebswicklungen von der Beziehung zwischen einer durch die Erregung der Antriebswicklung bestimmten Treiberposition und einem dort erzeugten Drehmoment, und zielt darauf ab, eine von Gleichlaufverlust freie, neuartige Schrittmotor-Antriebsvorrichtung zur Verfügung zu stellen.
Eine Schrittmotor-Antriebsvorrichtung der Erfindung gemäss dieser Ausführungsform kann die folgenden Elemente umfassen:

a) einen Schrittmotor mit Antriebswicklungen für eine Mehrzahl von Phasen;
b) Erreger, die Strom zur Erregung der Antriebswicklungen liefern;
c) Positionsdetektoren, die die Position eines Treibers des Schrittmotors erfassen und dann ein Positionserkennungssignal ausgeben;
d) Erregungszeitpunktregler, die ein Antriebsbefehlssignal und das Positionserkennungssignal empfangen und dann als Reaktion auf eines dieser beiden Arten von Signal ein Erregersignal an den Erreger ausgeben.

Die Erregungszeitpunktregler haben eine Struktur, mit der die folgenden beiden Funktionen erfüllt werden:

1) als Reaktion auf entsprechende Eingabezeitpunkte der Antriebsbefehlssignale Erregersignale auszugeben, wenn die Antriebswicklungen durch Antriebsbefehlssignale so gewechselt werden, dass ein Drehmoment in einer Richtung gelenkt wird, die wirksam ist, um den Schrittmotor in der gewünschten Richtung anzutreiben;
2) als Reaktion auf Eingabezeitpunkte der Positionserkennungssignale Erregersignale auszugeben, wenn die Antriebswicklungen durch Antriebsbefehlssignale so gewechselt werden, dass ein Drehmoment in eine Richtung gelenkt wird, die so wirkt, dass der Schrittmotor in einer unerwünschten Richtung angetrieben wird.

Diese Struktur erlaubt es dem Antriebssystem, den Schrittmotor ohne Gleichlaufverlust zu steuern, d.h. einen Geschwindigkeitsverlust durch ein abnehmendes Drehmoment zu vermeiden, wenn Antriebsbefehlssignale mit, höheren Frequenzen zugeführt werden.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vermag den Erregerstrom in den Antriebswicklungen so zu regeln, dass er nicht übermässig hoch ist, um einen Schrittmotor von hohem Wirkungsgrad und geringem Wärmeverlust zur Verfügung zu stellen, der zusätzlich zu dem in der ersten erwähnten Ausführungsform beschriebenen Vorteil ein Drehmoment von geringer Welligkeit, geringem Geräusch und geringen Vibrationen sowie geringen Drehgeschwindigkeitsschwankungen aufweist.
Eine weitere Ausführungsform der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die folgenden Elemente umfassen:

a) einen Schrittmotor mit Antriebswicklungen für eine Mehrzahl von Phasen;
b) Positionsdetektoren, die die Position eines Treibers des Schrittmotors erfassen und dann ein Positionserkennungssignal ausgeben;
c) Erreger, die Strom zur Erregung der Antriebswicklungen liefern.

Jeder Erreger empfängt ein Erregersignal und ein Stromwertsignal, wechselt als Reaktion auf das Erregersignal die Erregung der Antriebswicklungen und legt den maximalen Erregerstrom der Antriebswicklungen mit dem Stromwertsignal fest.
Einen Erregerstromregler, der auf den Phasenunterschied zwischen einem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal ansprechend Erregerstromsteuersignale als Stromwertsignale der Erreger an den Erreger ausgibt.
Dieser Erregerstromregler hat eine Struktur, mit der die folgenden beiden Funktionen erfüllt werden:

1) als Reaktion auf den Phasenunterschied zwischen einem Antriebsbefehlssignals und einem Positionserkennungssignal das Erregerstromsteuersignal zu ändern und dadurch den maximalen Erregerstrom der Antriebswicklungen zu verringern, wenn die Antriebswicklungen durch die Antriebsbefehlssignale so gewechselt werden, dass ein Drehmoment in eine Richtung gelenkt wird, die wirksam ist, um den Schrittmotor in der gewünschten Richtung anzutreiben;
2) als Reaktion auf den Phasenunterschied zwischen einem Antriebsbefehlssignals und einem Positionserkennungssignal das Erregerstromsteuersignal zu ändern und dadurch den maximalen Erregerstrom der Antriebswicklungen zu erhöhen, wenn die Antriebswicklungen durch die Antriebsbefehlssignale so gewechselt werden, dass das Drehmoment in eine Richtung gelenkt wird, die so wirkt, dass der Schrittmotor in einer unerwünschten Richtung angetrieben wird.

Diese Struktur erlaubt es der Antriebsvorrichtung, den Erregerstrom der Antriebswicklungen so zu regeln, dass er nicht übermässig hoch ist, und einen Schrittmotor von hohem Wirkungsgrad und geringem Wärmeverlust zu realisieren, der ein Drehmoment von geringer Welligkeit, wenig Geräusch und geringen Vibrationen sowie geringen Drehgeschwindigkeitsschwankungen aufweist. Mit dieser Antriebsvorrichtung wird auch ein Schrittmotor realisiert, der dem Gleichlaufverlust kräftig widersteht.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vermag erstens einen Schrittmotor zur Verfügung zu stellen, der frei von Gleichlaufverlust ist, indem die dafür verantwortlichen, oben erörterten Faktoren eliminiert werden, und vermag zweitens einen Schrittmotor von hohem Wirkungsgrad und geringem Wärmeverlust zur Verfügung zu stellen, der ein Drehmoment von geringer Welligkeit, wenig Geräusch und geringen Vibrationen sowie geringen Drehgeschwindigkeitsschwankungen aufweist. Mit dieser Ausführungsform der Antriebsvorrichtung wird auch ein Schrittmotor realisiert, der dem Gleichlaufverlust kräftig widersteht.
Noch eine weitere Ausführungsform der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung der Erfindung kann die folgenden Elemente umfassen:

Jeder Erregungszeitpunktregler schliesst die folgenden Elemente ein:
einen Verzögerungssignalwähler, der aus Antriebsbefehlssignalen und Positionserkennungssignalen das später ankommende Signal ausgibt, wenn der Schrittmotor in einer positiven Richtung angetrieben wird, aber der aus Antriebsbefehlssignal und einem umgekehrten Positionserkennungssignal das später ankommende Signal ausgibt, wenn der Schrittmotor in einer negativen Richtung angetrieben wird;
einen Abweichungsdetektor, der den Unterschied zwischen Impulszahlen erfasst, d.h. einer Anzahl von Impulsen des Antriebsbefehlssignals und einer Anzahl von Impulsen des Positionserkennungssignals. In anderen Worten ordnet dieser Abweichungsdetektor den Zustand des Motors je nach dem Unterschied zwischen den Impulszahlen den folgenden drei Zuständen zu: einem ersten Zustand, in dem die Abweichung in einen gegebenen Bereich fällt; einem zweiten Zustand, in dem die Abweichung ausserhalb des gegebenen Bereichs liegt und ein vorwärts gerichtetes Drehmoment erforderlich ist, um den Treiber des Schrittmotors in die positive Richtung zu lenken, damit die Abweichung in den gegebenen Bereich fällt, und einem dritten Zustand, in dem die Abweichung ausserhalb des gegebenen Bereichs liegt und ein rückwärts gerichtetes Drehmoment erforderlich ist, um den Treiber in die negative Richtung zu lenken, damit die Abweichung in den gegebenen Bereich fällt; und
einen Erregersignalwähler, der auf der Basis eines Erkennungsergebnisses aus einem vom Verzögerungssignalwähler gelieferten Ausgangssignal, dem Positionserkennungssignal und dem umgekehrten Positionserkennungssignal ein Erregersignal auswählt.
Der Erregersignalwähler besitzt eine Struktur, mit der die folgenden Funktionen erfüllt werden können:
ein vom Verzögerungssignalwähler geliefertes Ausgangssigal als Erregersignal zu wählen, wenn der Abweichungsdetektor den ersten Zustand erkennt;
das Positionserkennungssignal als das Erregersignal zu wählen, wenn der Abweichungsdetektor den zweiten Zustand erkennt; und
das umgekehrte Positionserkennungssignal als das Erregersignal zu wählen, wenn der Abweichungsdetektor den dritten Zustand erkennt.
Diese Struktur erlaubt es der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, den Schrittmotor so zu steuern, dass vermieden wird, dass der Treiber durch ein abnehmendes Drehmoment des Motors Geschwindigkeit verliert, wenn Antriebsbefehlssignale mit höheren Frequenzen zugeführt werden. Im Ergebnis kann ein Gleichlaufverlust des Motors vermieden werden.
Kurze Beschreibung der Zeichungen
1 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer ersten beispielhaften Ausführungsform.
2A und 2B veranschaulichen eine Beziehung zwischen einem erzeugten Drehmoment und einem Positionserkennungssignal bezüglich der Position eines Treibers des Schrittmotors gemäss der ersten sowie einer dritten, vierten und fünften beispielhaften Ausführungsform.
3A und 3B veranschaulichen die Wirkungsweise des Motorantriebs in positiver Richtung gemäss der ersten beispielhaften Ausführungsform.
4A und 4B veranschaulichen die Wirkungsweise des Motorantriebs in negativer Richtung gemäss der ersten beispielhaften Ausführungsform.
5 veranschaulicht, dass ein Verzögerungssignalwähler gemäss der ersten Ausführungsform als ein Erregungszeitpunktregler eingesetzt wird.
6A veranschaulicht, dass ein reziproker Haltespeicher gemäss der ersten Ausführungsform als der Verzögerungssignalwähler eingesetzt wird.
6B veranschaulicht, dass ein reziproker Signalwähler gemäss der ersten Ausführungsform als der Verzögerungssignalwähler eingesetzt wird.
7A und 7B veranschaulichen die Wirkungsweise des in 6A gezeigten reziproken Haltespeichers und des in 6B gezeigten reziproken Signalwählers für den Antrieb in der positiven Richtung.
8A und 8B veranschaulichen die Wirkungsweise des in 6A gezeigten reziproken Haltespeichers und des in 6B gezeigten reziproken Signalwählers für den Antrieb in der negativen Richtung.
9 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer zweiten beispielhaften Ausführungsform.
10 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer dritten beispielhaften Ausführungsform.
11A und 11B veranschaulichen die Wirkungsweise eines Erregerstromreglers gemäss der dritten beispielhaften Ausführungsform.
12A und 12B veranschaulichen die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der dritten beispielhaften Ausführungsform beim Antrieb in der positiven Richtung mit einer Verzögerung des Antriebsbefehls.
13A und 13B veranschaulichen die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der dritten beispielhaften Ausführungsform beim Antrieb in der positiven Richtung mit einer Voreilung des Antriebsbefehls.
14 ist eine vergrösserte Teilansicht der Wirkungsweise der dritten Ausführungsform.
15A und 15B veranschaulichen die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der dritten beispielhaften Ausführungsform beim Antrieb in der negativen Richtung mit einer Verzögerung des Antriebsbefehls.
16 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der vierten beispielhaften Ausführungsform.
17A und 17B veranschaulichen die Wirkungsweise eines Erregungszeitpunktreglers gemäss der vierten beispielhaften Ausführungsform.
18 veranschaulicht einen konkreten Aufbau des Erregungszeitpunktreglers gemäss der vierten beispielhaften Ausführungsform.
19A und 19B veranschaulichen die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der vierten beispielhaften Ausführungsform beim Antrieb in der positiven Richtung mit einer Voreilung des Antriebsbefehls.
20 ist eine vergrösserte Teilansicht der Wirkungsweise der dritten Ausführungsform.
21 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der fünften beispielhaften Ausführungsform.
22A und 22B veranschaulichen die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung beim Antrieb in der positiven Richtung in einem ersten Zustand gemäss der fünften beispielhaften Ausführungsform.
23 veranschaulicht die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung beim Antrieb in der positiven Richtung in einem zweiten Zustand gemäss der fünften beispielhaften Ausführungsform.
24 veranschaulicht die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung beim Antrieb in der positiven Richtung in einem dritten Zustand gemäss der fünften beispielhaften Ausführungsform.
25A und 25B veranschaulichen die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung beim Antrieb in der negativen Richtung im ersten Zustand gemäss der fünften beispielhaften Ausführungsform.
26A und 26B veranschaulichen die Wirkungsweise eines reziproken Haltespeichers beim Antrieb in der positiven Richtung gemäss der fünften beispielhaften Ausführungsform.
27A und 27B veranschaulichen die Wirkungsweise des reziproken Haltespeichers beim Antrieb in der negativen Richtung gemäss der fünften beispielhaften Ausführungsform.
28 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer sechsten beispielhaften Ausführungsform.
29 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer siebenten beispielhaften Ausführungsform.
30A und 30B veranschaulichen die Wirkungsweise eines Erregerstromreglers gemäss der siebenten beispielhaften Ausführungsform.
31A und 31B veranschaulichen die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der siebenten beispielhaften Ausführungsform beim Antrieb in der positiven Richtung in einem ersten Zustand mit einer Verzögerung des Antriebsbefehls.
32A und 32B veranschaulichen die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der siebenten beispielhaften Ausführungsform beim Antrieb in der negativen Richtung im ersten Zustand mit einer Voreilung des Antriebsbefehls.
33 ist eine vergrösserte Teilansicht, die die siebente beispielhafte Ausführungsform veranschaulicht.
34A und 34B veranschaulichen die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der siebenten beispielhaften Ausführungsform beim Antrieb in der negativen Richtung im ersten Zustand mit einer Verzögerung des Antriebsbefehls.
35 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer achten beispielhaften Ausführungsform.
36 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer neunten beispielhaften Ausführungsform.
37 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer zehnten beispielhaften Ausführungsform.
38 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer elften beispielhaften Ausführungsform.
39 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer 12. beispielhaften Ausführungsform.
40 veranschaulicht die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 12. beispielhaften Ausführungsform.
41 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer 13. beispielhaften Ausführungsform.
42 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer 14. beispielhaften Ausführungsform.
43 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer 15. beispielhaften Ausführungsform.
44A, 44B und 44C veranschaulichen die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 15. beispielhaften Ausführungsform.
45 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer sechzehnten beispielhaften Ausführungsform.
46 und 47 veranschaulichen die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der sechzehnten beispielhaften Ausführungsform.
48 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer siebzehnten beispielhaften Ausführungsform.
49A und 49B veranschaulichen die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der siebzehnten beispielhaften Ausführungsform.
50 veranschaulicht eine spezielle Struktur eines Erregersignal-Stabilitätsermittlers.
51 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer achtzehnten beispielhaften Ausführungsform.
52A und 52B veranschaulichen die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der achtzehnten beispielhaften Ausführungsform.
53 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer neunzehnten beispielhaften Ausführungsform.
54A veranschaulicht die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der neunzehnten beispielhaften Ausführungsform.
54B veranschaulicht die Wirkung einer Phasenvoreilung.
55 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer zwanzigsten beispielhaften Ausführungsform.
56 veranschaulicht die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der zwanzigsten beispielhaften Ausführungsform.
57 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer einundzwanzigsten beispielhaften Ausführungsform.
58A und 58B veranschaulichen die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der einundzwanzigsten beispielhaften Ausführungsform.
59 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer zweiundzwanzigsten beispielhaften Ausführungsform.
60A und 60B veranschaulichen die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der zweiundzwanzigsten beispielhaften Ausführungsform.
61 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer dreiundzwanzigsten beispielhaften Ausführungsform.
62 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer vierundzwanzigsten beispielhaften Ausführungsform.
63 veranschaulicht die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der dreiundzwanzigsten beispielhaften Ausführungsform
64 veranschaulicht die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer vierundzwanzigsten beispielhaften Ausführungsform
65 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer fünfundzwanzigsten beispielhaften Ausführungsform.
66 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer sechsundzwanzigsten beispielhaften Ausführungsform.
67 veranschaulicht die spezielle Struktur eines Geschwindigkeitsdetektors gemäss der sechsundzwanzigsten beispielhaften Ausführungsform.
68 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer siebenundzwanzigsten beispielhaften Ausführungsform.
69 veranschaulicht die spezielle Struktur eines Integrators gemäss der siebenundzwanzigsten beispielhaften Ausführungsform.
70 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einer achtundzwanzigsten beispielhaften Ausführungsform.
71 und 72 sind eine Vorder- und eine Unteransicht einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung.
73A und 73B veranschaulichen die Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einem ersten herkömmlichen Beispiel.
74A, 74B, 74C und 74D veranschaulichen die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss dem ersten herkömmlichen Beispiel.
75A, 75B, 75C und 75D veranschaulichen, wie der Schrittmotor in den ersten herkömmlichen Beispielen Gleichlauf verliert.
76 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einem zweiten herkömmlichen Beispiel.
77 veranschaulicht die spezielle Struktur eines Erregers gemäss dem zweiten herkömmlichen Beispiel.
78A, 78B, 78C und 78D veranschaulichen die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss dem zweiten herkömmlichen Beispiel.
79A, 79B, 79C und 79D veranschaulichen, wie der Schrittmotor in den zweiten herkömmlichen Beispielen Gleichlauf verliert.
80 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss einem dritten herkömmlichen Beispiel.
Eingehende Beschreibung der Erfindung
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hiernach unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen dargestellt.
(Beispielhafte Ausführungsform 1)
1 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der ersten beispielhaften Ausführungsform.
Der Zweiphasen-Schrittmotor 1 in 1 enthält einen Stator (nicht gezeigt) und einen als Treiber diendenden Rotor (nicht gezeigt), die mit einem dazwischen befindlichen Ringspalt angeordnet sind. Der Stator ist mit Zweiphasen-Antriebswicklungen versehen (hierunter als Wicklung der Phase A und Wicklung der Phase B bezeichnet). Der Rotor wird von einem massiven zylindrischen Magneten gebildet, und eine Motorwelle erstreckt sich in axialer Richtung durch das Zentrum des Magneten. An der Aussenwand dieses Magneten sind N- und S-Pole in einer Anzahl von 24 Polen abwechselnd magnetisiert, also insgesamt 12 Paare. Die Wicklungen der Phase A und der Phase B des Stators sind so ausgelegt, dass die beiden Wicklungen im elektrischen Winkel 90° phasenverschoben sind. Diese beiden Wicklungen empfangen einen Vorwärts- bzw. einen Rückwärtsstrom. Der Motor 1 besitzt daher 48 Ruhepunkte je Umdrehung.
Erreger 2a und 2b empfangen Signale IN-A und IN-B von aussen und erregen damit die Wicklungen der Phasen A und B.
Die Positionsdetektoren 3a und 3b werden zum Beispiel durch Hall-Elemente gebildet, und diese Detektoren erkennen eine Position des Rotors des Motors 1 durch Erkennung von N- und S-Polen eines Positionserkennungsmagneten, der so angeordnet ist, dass er sich zusammen mit dem Rotor dreht. Der Positionserkennungsmagnet ist wie der Rotor wechselweise zu 24 N- und S-Polen magnetisiert, die dem Rotor entsprechend angeordnet sind.
Die Positionsdetektoren 3a und 3b können die N- und S-Pole des Rotormagneten direkt erkennen und dadurch die Rotorposition erfassen, wodurch der Positionserkennungsmagnet entfallen kann.
In der folgenden Beschreibung wird der Rotor als ein Treiber bezeichnet.
Die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b empfangen an ihren Eingängen CA-A und CS-B die Positionserkennungssignale, die von den Positionsdetektoren 3a und 3b geliefert werden. Ferner empfangen die Regler 4a und 4b auch Antriebsbefehlssignale DrA und DrB an ihren anderen Eingängen CK-A und CK-B. Die Ausgangssignale der Regler 4a und 4b werden den Eingängen IN-A und IN-B der entsprechenden Erreger 2a und 2b zugeführt.
Ein Hauptunterschied zwischen der ersten Ausführungsform und einem herkömmlichen Beispiel kann wie folgt aus 1 und 73 abgelesen werden. Im herkömmlichen Beispiel werden die Antriebsbefehlssignale DrA und DrB den Erregern 802a und 802b direkt zugeführt, während in der ersten Ausführungsform die Regler 4a und 4b die Erregersignale IN-A und IN-B an die Erreger 2a und 2b ausgeben, wobei die beiden Erregersignale unter Benutzung der Information aus den Positionserkennungssignalen CS-A und CS-B eine Zeitfolgekontrolle erfahren haben.
Die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der ersten beispielhaften Ausführungsform wird hiernach unter Bezugnahme auf 2A, 2B, 3A, 3B, 4A und 4B dargestellt.
Verschiedene Beziehungen zwischen der Position θ des Treibers und dem Drehmoment T werden in diesen Figuren beschrieben, wobei die folgende allgemeine Regel für die Darlegungen in dieser Beschreibung gilt:
Treiberposition θ: eine Vorwärtsbewegung des Treibers in positiver Richtung entspricht einer Bewegung nach rechts in den Figuren, eine Rückwärtsbewegung des Treibers in negativer Richtung entspricht einer Bewegung nach links in den Figuren.
Erzeugtes Drehmoment T: Wenn der Treiber veranlasst wird, sich in der positiven Richtung zu bewegen, ist das Drehmoment T vorwärts gerichtet. Wenn der Treiber veranlasst wird, sich in der negativen Richtung zu bewegen, ist das Drehmoment T rückwärts gerichtet. Ein vorwärts gerichtetes Drehmoment T entspricht der nach oben zeigenden Richtung in den Figuren.
2A und 2B veranschaulichen die Beziehung zwischen den den Reglern 4a und 4b zugeführten Eingangssignalen CS-A und CS-B und dem durch Erregung der entsprechenden Phasenwicklungen erzeugten Drehmoment.
Die Positionsdetektoren 3a und 3b sind so auf den Schrittmotor 1 montiert, dass die Positionserkennungssignale CS-A und CS-B zu den in 2A gezeigten Zeitpunkten durch sie erzeugt und dann den Erregungszeitpunktreglern 4a und 4b zugeführt werden.
In anderen Worten ist der Positionsdetektor 3a so auf den Motor 1 montiert, dass das Signal CS-A das Niveau H annimmt, wenn die Wicklungen der Phase A so erregt werden, dass ein Vorwärts-Drehmoment Ta erzeugt wird, aber das Signal das Niveau L annimmt, wenn ein Rückwärts-Drehmoment „–Ta" erzeugt wird. In gleicher Weise ist der Positionsdetektor 3b so auf den Motor 1 montiert, dass das Signal CS-B das Niveau H annimmt, wenn die Wicklungen der Phase B so erregt werden, dass ein Vorwärts-Drehmoment Tb erzeugt wird, das Signal aber das Niveau L annimmt, wenn ein Rückwärts-Drehmoment „–Tb" erzeugt wird.
Für den Fall, dass Signale CS-A und CS-B zu den oben erörterten Zeitpunkten erzeugt werden und Motor 1 durch Erregung der Wicklungen der beiden Phasen A und B angetrieben wird (Antrieb durch Zweiphasenerregung), ist die Beziehung zwischen der Erzeugung der Zeitpunkte für die Signale CS-A, CS-B und dem auf Grund der Kombination der Erregungsrichtungen der entsprechenden Phasenwicklungen erzeugten Drehmoment („–Ta + Tb", „–Ta – Tb", „Ta – Tb" und „Ta + Tb") in 2b veranschaulicht.
Die Beziehung zwischen dem durch Erregung der Phasenwicklungen erzeugten Drehmoment und den in Detektoren 3a und 3b erzeugten und den Reglern 4a und 4b zugeführten Signalen CS-A, CS-B ist erörtert worden. Die Wirkungsweise der Regler 4a und 4b wird auf der Grundlage dieser Beziehung hierunter dargestellt.
Um es kurz zu machen, wird die Wirkungsweise während der Periode X1 dargestellt.
3 veranschaulicht die Wirkungsweise der Erregungszeitpunktregler 4a und 4b während der Periode X1. In 3 wird die Situation dargestellt, wenn der Treiber in der positiven Richtung angetrieben wird.
Während der Periode X1 fällt Signal CS-A vom Niveau H auf das Niveau L, während Signal CS-B auf dem Niveau L bleibt.
Ein erster Fall wird in 3A gezeigt: Wenn die Antriebsbefehlssignale DrA und DrB mit einer Phasenverzögerung gegenüber den Signalen CS-A und CS-B den Eingängen CK-A und CK-B der Regler 4a und 4b zugeführt werden, wirken die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b wie folgt (niedrige Frequenzen der Signale DrA und DrB erzeugen eine solche Wirkungsweise).
In 3A steigt Signal CK-A zum Zeitpunkt t21 vom Niveau L auf das Niveau H. Gerade vor dem Zeitpunkt t21 befinden sich die Erregersignale IN-A und IN-B beide auf dem Niveau L, und die Erreger 2a und 2b erregen die Wicklungen der Phasen A und B auf der Basis dieser Signale negativ. Der Treiber empfängt daher das mit „–Ta – Tb" ausgedrückte Drehmoment.
Das Signal CK-A steigt zum Zeitpunkt t21 vom Niveau L auf das Niveau H, und wenn der Regler 4a so wirkt, dass dieser Anstieg an den Eingang IN-A des Erregers 2a angelegt wird, dann wird die Wicklung der Phase A positiv erregt, wodurch der Treiber das Drehmoment „Ta – Tb" empfängt.
Das zum Zeitpunkt t21 am Treiber anliegende Drehmoment hat erhöht seinen Wert in Vorwärtsrichtung gegenüber dem gerade vor t21 anliegenden. In anderen Worten wirkt der Wechsel des Signals IN-A so, dass der Treiber weiter in der positiven Richtung angetrieben wird.
Der Regler 4a wirkt so, dass er das Signal CK-A an den Eingang IN-A des Erregers 2a liefert, wenn ein Wechsel in der Erregung der Wicklung der Phase A mit dem Signal CK-A, d.h. mit dem Antriebsbefehlssignal DrA, so wirkt, dass der Treiber weiter angetrieben wird.
Die gleichen Vorgänge sind zu Zeitpunkten t11 und t31 in 3A ersichtlich, d.h. das Signal CK-B ändert sich zu diesen Zeitpunkten, und es wird angenommen, dass der Regler 4b so wirkt, dass er diese Änderungen an den Eingang IN-B des Erregers 2b ausgibt. Dann ändert sich die Erregung der Wicklung der Phase B, wodurch sich das am Treiber in Vorwärtsrichtung anliegende Drehmoment gegenüber dem gerade vor diesen Zeitpunkten anliegenden erhöht. In anderen Worten ist es zweckmässig, zu Zeitpunkten t11 und t31 auf der Basis des Signals CK-B ein Erregersignal IN-B zu erzeugen, damit der Treiber weiter in der positiven Richtung angetrieben wird.
Der Regler 4b wirkt wie der Regler 4a so, dass er das Signal CK-B an den Eingang IN-B des Erregers 2b liefert, wenn ein Wechsel in der Erregung der Wicklung der Phase B mit dem Signal CK-B, d.h. mit dem Antriebsbefehlssignal DrB, so wirkt, dass der Treiber weiter angetrieben wird.
Ein zweiter Fall wird in 3B gezeigt: Wenn die Antriebsbefehlssignale DrA und DrB mit einer Phasenvoreilung gegenüber den Signalen CS-A und CS-B den Eingängen CK-A und CK-B der Regler 4a und 4b zugeführt werden, wirken die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b wie folgt (hohe Frequenzen der Signale DrA und DrB führen zu einer solchen Wirkungsweise).
In 3B steigt Signal CK-A zum Zeitpunkt t21 vom Niveau L auf das Niveau H. Gerade vor dem Zeitpunkt t21 befinden sich die Erregersignale IN-A und IN-B beide auf dem Niveau L, und die Erreger 2a und 2b erregen die Wicklungen der Phasen A und B auf der Basis dieser Signale negativ. Entsprechend empfängt der Treiber das mit „–Ta – Tb" ausgedrückte Drehmoment.
Das Signal CK-A steigt zum Zeitpunkt t21 vom Niveau L auf das Niveau H, und wenn der Regler 4a so wirkt, dass dieser Anstieg an den Eingang IN-A des Erregers 2a angelegt wird, dann wird die Wicklung der Phase A positiv erregt, wodurch der Treiber das Drehmoment „Ta – Tb" empfängt.
Das zum Zeitpunkt t21 am Treiber anliegende Drehmoment ist in seinem Wert vorwärts gerichtet; in der Rückwärtsrichtung verringert sich das Drehmoment aber gegenüber dem Zustand gerade vor dem Zeitpunkt t21. Die Änderung des Erregersignals IN-A ist für eine weitere Antriebsbewegung des Treibers in der positiven Richtung ungünstig. Diese Änderung ist in 3B mit x markiert. Eine solche ungünstige Änderung induziert Gleichlaufverlust, wie bereits in den herkömmlichen Beispielen 1 und 2 erörtert.
Wenn des Weiteren ein Wendepunkt des Signals CK-A an den Zeitpunkt t21F vorverlegt wird, ist das Drehmoment in seinem Wert rückwärts gerichtet, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit eines Gleichlaufverlusts weiter erhöht.
Der Regler 4a wirkt nicht so, dass er das Signal CK-A direkt an den Eingang IN-A des Erregers 2a liefert, wenn ein Wechel der Erregung der Wicklung der Phase A mit dem Signal CK-A, d.h. das Antriebsbefehlssignal DrA, ungünstig dafür ist, den Treiber weiter angetrieben zu halten, sondern er wirkt stattdessen so, dass er das durch den Positionsdetektor 3a erzeugte Signal CS-A als Erregersignal an den Eingang IN-A des Erregers 2a liefert.
Diese Wirkungsweise des Reglers 4a erlaubt es, dass die Erregung der Wicklung der Phase A sich zum Zeitpunkt t22 ändert, wenn das Signal CS-A vom Niveau L auf das Niveau H steigt. Im Ergebnis kann das maximale Niveau des Drehmoments erhalten werden, um den Treiber, wie in 3B gezeigt, weiter in der positiven Richtung anzutreiben. Dadurch entfällt ein befürchteter Gleichlaufverlust.
Die gleichen Vorgänge sind zu Zeitpunkten t11 und t31 in 3B ersichtlich, d.h. das Signal CK-B ändert sich zu diesen Zeitpunkten, und es wird angenommen, dass der Regler 4b so wirkt, dass er diese Änderungen an den Eingang IN-B des Erregers 2b ausgibt. Dann ändert sich die Erregung der Wicklung der Phase B, wodurch sich das am Treiber in Rückwärtsrichtung anliegende Drehmoment gegenüber dem gerade vor diesen Zeitpunkten anliegenden verringert. In anderen Worten ist es unzweckmässig, zu Zeitpunkten t11 und t31 auf der Basis des Signals CK-B ein Erregersignal IN-B zu erzeugen, um den Treiber weiter in der positiven Richtung anzutreiben.
Der Regler 4b wirkt nicht so, dass er das Signal CK-B direkt an den Eingang IN-B des Erregers 2b liefert, wenn ein Wechsel der Erregung der Wicklung der Phase B mit dem Signal CK-B, d.h. das Antriebsbefehlssignal DrB, ungünstig dafür ist, den Treiber weiter angetrieben zu halten, sondern er wirkt stattdessen so, dass er das durch den Positionsdetektor 3b erzeugte Signal CS-B als Erregersignal an den Eingang IN-B des Erregers 2b liefert.
Diese Wirkungsweise des Reglers 4b erlaubt es, dass die Erregung der Wicklung der Phase B sich zum Zeitpunkt t12 oder t32 ändert, wenn sich das Signal CS-B ändert. Im Ergebnis kann das maximale Niveau des Drehmoments erhalten werden, um den Treiber, wie in 3B gezeigt, weiter in der positiven Richtung anzutreiben. Dadurch entfällt ein befürchteter Gleichlaufverlust.
Die oben erörterte Wirkungsweise während der Periode X1 ist auch auf die anderen, in 2B gezeigten Perioden X2, X3 und X4 anwendbar.
Die Wirkungsweise der Erregungszeitpunktregler 4a und 4b beim Antrieb des Motors in der positiven Richtung kann wie folgt zusammengefasst werden.
Wenn die Erregung der Wicklungen der betreffenden Phasen des Motors 1 mit Eingangssignalen CK-A und CK-B, d.h. den Antriebsbefehlssignalen DrA und DrB, gewechselt wird, so weist das sich ergebende Drehmoment in die umgekehrte Richtung, und der Treiber ist für einen weiteren Antrieb in der positiven Richtung ungünstig beeinflusst. In diesem Falle liefern Regler 4a und 4b die Eingangssignale CS-A und CS-B, d.h. die von den Positionsdetektoren 3a und 3b erzeugten Signale, als Erregersignale an die Erreger 2a und 2b. Wenn das sich ergebende Drehmoment andererseits nicht in die Gegenrichtung weist, sondern noch so wirkt, dass der Treiber weiter in der positiven Richtung angetrieben wird, dann liefern die Regler 4a und 4b die Eingangssignale CK-A und CK-B, d.h. die Antriebsbefehlssignale DrA und DrB, als Erregersignale an die Erreger 2a und 2b.
Der Fall des Motorantriebs in der positiven Richtung ist unter Bezugnahme auf 3A und 3B dargestellt worden; die gleiche Beschreibung ist auf den Fall anwendbar, wenn der Motor in der negativen Richtung angetrieben wird.
4A und 4B veranschaulichen die Wirkungsweise des Treiberantriebs in der negativen Richtung und konzentrieren sich wie in 3A und 3B auf die Periode X1.
In 4A und 4B wird die Position θ des Treibers in der zu den 3A und 3B umgekehrten Richtung beschrieben. In anderen Worten entspricht der Fall, in dem der Treiber in der negativen Richtung angetrieben wird, der Richtung nach rechts in 4A und 4B, und der Fall, in dem der Treiber in der positiven Richtung angetrieben wird, entspricht der Richtung nach links in 4A und 4B. Drehmoment T ist in der gleichen Weise wie in 3A und 3B ausgedrückt.
Wenn der Treiber in der negativen Richtung angetrieben wird, ist die Wirkungsweise im Wesentlichen die gleiche wie beim Antrieb in der positiven Richtung, mit Ausnahme der folgenden Punkte: Die Phasen der Signale CK-A und CK-B, d.h. der Antriebsbefehlssignale DrA und DrB, sind umgekehrt. Dann werden die Verzögerungen und Voreilungen der Signale DrA und DrB bezüglich der Positionserkennungssignale CS-A und CS-B auf die zu den Signalen CS-A und CS-B umgekehrten Signale bezogen. Daher wird eine eingehende Beschreibung dieses Falles hier unterlassen.
Die beiden oben erörterten Ausnahmen haben die folgenden Ziele: eine Umkehrung der Phasen der Signale DrA und DrB bezweckt, die Drehrichtung des durch die Antriebswicklungen erzeugten Magnetfeldes umzukehren. Ein Bezug der Verzögerungen und Voreilungen der Signale DrA und DrB auf die zu den Signalen CS-A und CS-B umgekehrten Signale bezweckt, ein rückwärts gerichtetes Drehmoment T in die gewünschte Richtung zu lenken, um den Treiber in negativer Richtung anzutreiben.
Die Wirkungsweise der Regler 4a und 4b wird wie folgt zusammengefasst.
Wenn der Treiber in der negativen Richtung angetrieben wird, wechseln die Regler 4a und 4b als Reaktion auf die Eingangssignale CK-A und CK-B die Erregung der Antriebswicklungen der Phasen. Wenn in diesem Fall ein resultierendes Drehmoment vorwärts gerichtet ist und den Treiber günstig beeinflusst, damit er weiter in der negativen Richtung angetrieben wird, geben die Regler 4a und 4b die zu CS-A und CS-B, d.h. zu den von den Positionsdetektoren 3a und 3b erzeugten Signalen, umgekehrten Signale als Erregersignale an Erreger 2a und 2b aus. Wenn im gleichen Fall das resultierende Drehmoment nicht vorwärts gerichtet ist und den Treiber noch günstig beeinflusst, damit er weiter in der negativen Richtung angetrieben wird, dann geben die Regler 4a und 4b die Signale CK-A und CK-B, d.h. die Antriebsbefehlssignale DrA und DrB, als Erregersignale an die Erreger 2a und 2b aus.
Regler 4a und 4b, die wie oben erörtert wirken, erlauben es der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, von Gleichlaufverlusten frei zu sein, ohne die Merkmale der Schrittmotoren zu schädigen.
In anderen Worten wird Motor 1 in Übereinstimmung mit den in 3A oder 4A gezeigten Zuständen angetrieben, wenn die Antriebsbefehlssignale DrA und DrB eine verhältnismässig niedrige Frequenz haben. Diese Zustände sind die gleichen wie im ersten herkömmlichen, in 74A bis 74D gezeigten Beispiel. Die Drehgeschwindigkeit kann daher leicht über die Signalfrequenz mit den Signalen DrA und DrB gesteuert werden. Der wichtigste Vorteil des Schrittmotors, nämlich dass mit einem ausserordentlich einfachen und billigen System Geschwindigkeit und Position gesteuert werden können, ist in dieser ersten beispielhaften Ausführungsform noch in Kraft.
Wenn Signale DrA und DrB eine hohe Frequenz besitzen, wird der Motor 1 in Übereinstimmung mit den in 3B und 4B gezeigten Zuständen angetrieben. Diese Zustände sind der Wirkungsweise eines bürstenlosen Gleichstrommotors gleichwertig, und in diesen Zuständen kann das maximale Drehmoment für den Antrieb des Treibers erhalten werden, wodurch die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung vor Gleichlaufverlust bewahrt wird.
Bei der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der ersten beispielhaften Ausführungsform werden, wenn die Erregung der Antriebswicklung der Phasen durch die Antriebsbefehlssignale DrA, DrB gewechselt wird, von den Positionsdetektoren 3a und 3b erzeugte Signale als Erregersignale an die Erreger 2a und 2b geliefert, wenn das erzeugte Drehmoment in eine Richtung weist, die ungünstig dafür ist, den Treiber in der gewünschten Richtung anzutreiben. Wenn andererseits das erzeugte Drehmoment in eine Richtung weist, die günstig dafür ist, den Treiber in der gewünschten Richtung anzutreiben, werden Signale DrA und DrB als Erregersignale an die Erreger 2a und 2b geliefert. Die so wirkenden Erregungszeitpunktregler 4a und 4b erlauben es dem Schrittmotor, in der gleichen Weise wie ein herkömmlicher Schrittmotor zu funktionieren, wenn die Signale DrA und DrB eine ziemlich niedrige Frequenz haben. Wenn andererseits die Signale DrA und DrB eine hohe Frequenz haben, erlauben die Regler 4a und 4b dem Schrittmotor, in der gleichen Weise wie ein bürstenloser Gleichstrommotor zu funktionieren. Die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann daher den wichtigsten Vorteil des Schrittmotors übernehmen, nämlich seine Drehgeschwindigkeit einfach mit den Antriebsbefehlssignalen DrA und DrB zu steuern und ein äusserst einfaches wie auch billiges System zu realisieren, mit der die Geschwindigkeit und die Position gesteuert werden können. Gleichzeitig ist die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung im Wesentlichen frei von Gleichlaufverlusten, wenn Signale DrA und DrB eine hohe Frequenz haben.
Die Wirkungsweise der Erregungszeitpunktregler 4a und 4b der ersten Ausführungsform kann, wie in den 3A und 3B oder 4A und 4B gezeigt, durch die hierunter im Einzelnen beschriebenen Verzögerungssignalwähler 5a und 5b realisiert werden.
In 3A und 3B oder 4A und 4B wird die folgende Beziehung zwischen den Signalen CS-A und CS-B, CK-A und CK-B, die den Reglern 4a und 4b zugeführt werden, sowie den Signalen, die als Erregersignale den Eingängen IN-A und IN-B der Erreger 2a und 2b zugeführt werden, gefunden.
Erstens empfangen in 3A und 3B, die den Fall veranschaulichen, wo der Treiber in der positiven Richtung angetrieben wird, die Eingänge IN-A und IN-B der Erreger 2a und 2b die Signale, die den gleichen zeitlichen Ablauf wie die Signale CK-A und CK-B haben, wenn diese Signale CK-A und CK-B mit einer Verzögerung gegenüber den Signalen CS-A und CS-B bei den Reglern 4a und 4b ankommen, wie in 3A gezeigt. Wenn andererseits die Signale CK-A und CK-B mit einer Voreilung gegenüber den Signalen CS-A und CS-B bei den Reglern 4a und 4 ankommen, empfangen, wie in 3B gezeigt, die Eingänge IN-A und IN-B der Erreger 2a und 2b die Signale, die den gleichen zeitlichen Ablauf wie die Signale CS-A und CS-B haben. In anderen Worten werden, wenn der Treiber in der positiven Richtung angetrieben wird, diejenigen Signale von CK-A, CK-B und CS-A, CS-B an die Eingänge IN-A und IN-B der Erreger 2a und 2b geliefert, die den langsameren zeitlichen Ablauf ihrer Eingabe besitzen.
Zweitens empfangen in 4A und 4B, die den Fall veranschaulichen, in dem der Treiber in der negativen Richtung angetrieben wird, die Eingänge IN-A und IN-B der Erreger 2a und 2b die Signale, die den gleichen zeitlichen Ablauf wie die Signale CK-A und CK-B haben, wenn diese Signale CK-A und CK-B mit einer Verzögerung gegenüber den zu den Signalen CS-A und CS-B umgekehrten Signalen bei den Reglern 4a und 4b ankommen, wie in 4A gezeigt. Wenn andererseits die Signale CK-A und CK-B mit einer Voreilung gegenüber den zu den Signalen CS-A und CS-B umgekehrten Signalen bei den Reglern 4a und 4 ankommen, empfangen, wie in 4B gezeigt, die Eingänge IN-A und IN-B der Erreger 2a und 2b die Signale, die den gleichen zeitlichen Ablauf wie die zu den Signalen CS-A und CS-B umgekehrten Signale haben. In anderen Worten werden, wenn der Treiber in der negativen Richtung angetrieben wird, diejenigen Signale von CK-A, CK-B und den zu CS-A, CS-B umgekehrten Signalen an die Eingänge IN-A und IN-B der Erreger 2a und 2b geliefert, die den langsameren zeitlichen Ablauf ihrer Eingabe besitzen.
Die in 5 gezeigten Verzögerungssignalwähler 5a und 5b können die oben erörterten Beziehungen zwischen Eingangs- und Ausgangssignalen umsetzen. Die Funktion der Erregungszeitpunktregler 4a und 4b wird daher leicht durch Einführen der Wähler 5a und 5b erfüllt.
Ein Beispiel von Verzögerungssignalwählern 5a und 5b kann konkreter in der Gestalt der hierunter genauer beschriebenen reziproken Haltespeicher 50a und 50b dargelegt werden.
6A veranschaulicht eine Struktur des reziproken Haltespeichers 50a. Da der Haltespeicher 50b mit dem Haltespeicher 50a identisch ist, wird seine Beschreibung hier unterlassen.
Der Normal-Umkehr-Anpasser 51 in 6A vermag durch das Eingangssignal FR zu entscheiden, ob er das Signal CS-A im umgekehrten oder nicht umgekehrten Mode ausgibt.
Das Eingangssignal FR wird durch die Antriebsrichtung des Motors bestimmt und wird einfach erzeugt, indem eine Phasenverzögerung oder -voreilung zwischen den Antriebsbefehlssignalen DrA und DrB erkannt wird.
Die Doppelflankendetektoren 521 und 522 sind auf der Seite des Signals CS-A bzw. des Signals CS-B angeordnet. Die Detektoren 521 und 522 geben immer dann einen Impuls ab, wenn Signal CS-A oder CS-B vom Niveau L auf das Niveau H steigt oder umgekehrt. Ein Flipflop 531 vom D-Typ, der an der auf den Detektor 521 folgenden Stufe angeordnet ist, verriegelt das Niveau des Signals CK-A durch den vom Detektor 521 gelieferten Impuls. Ein Flipflop 532 vom D-Typ, der an der auf den Detektor 522 folgenden Stufe angeordnet ist, verriegelt das Niveau des Signals CS-A durch den vom Detektor 522 gelieferten Impuls.
Die Flipflops 531 und 532 vom D-Typ geben Signale über OR-Gatter 54 oder NAND-Gatter 55 an die Einzelflankendetektoren 561 und 562 aus. Die Einzelflankendetektoren 561 und 562 erzeugen Impulse zu dem Zeitpunkt, an dem die Eingangssignale vom Niveau L auf das Niveau H ansteigen. Die Einzelflankendetektoren 561 und 562 geben einen Flankenerkennungsimpuls an einen Set-Input und an einen Reset-Input des RS-Flipflops 57 aus. Der RS-Flipflop 57 gibt ein Signal aus, das ein Ausgangssignal des reziproken Haltespeichers 50a ist.
Der reziproke Haltespeicher 50a, der den oben erörterten Aufbau besitzt, wirkt wie folgt.
Im ersten Fall wird der Motor in der positiven Richtung angetrieben.
Wenn der Motor in der positiven Richtung angetrieben wird, leitet der Normal-Umkehr-Anpasser 51 das Signal CS-A durch das Signal FR in einem nicht umgekehrten Mode an die nachfolgenden Stufen weiter. Der reziproke Haltespeicher 50a verriegelt daher, wie in 7A und 7B gezeigt, das Niveau des Positionserkennungssignals CS-A zu dem Zeitpunkt, an dem sich das Antriebsbefehlssignal DrA, d.h. das Signal CK-A, ändert, und er verriegelt ferner das Signal DrA, d.h. das Niveau des Signals CK-A, zu dem Zeitpunkt, an dem sich das Positionserkennungssignal CS-A ändert. 7A veranschaulicht den Fall, wo das Signal CK-A gegenüber dem Signal CS-A verzögert ist, während 7B den Fall veranschaulicht, wo das Signal CK-A dem Signal CS-A voreilt.
7A und 7B zeigen, dass das durch den Erreger 2a empfangene Erregersignal IN-A ein später ankommendes Signal ist, womit erwiesen ist, dass der reziproke Haltespeicher 50a als Verzögerungssignalwähler 5a wirkt.
Die gleiche Wirkungsweise gilt für die Signale CS-B, CK-B und IN-B, und es erweist sich daher, dass der reziproke Haltespeicher 50b als Verzögerungssignalwähler 5b wirkt.
Im zweiten Fall, wo der Motor in der negativen Richtung angetrieben wird, kehrt der Normal-Umkehr-Anpasser 51 als Reaktion auf das FR-Signal das Signal CS-A um und leitet es dann an die nachfolgenden Stufen weiter. Der reziproke Haltespeicher 50a kehrt daher, wie in 8A und 8B gezeigt, das Positionserkennungssignal CS-A zu dem Zeitpunkt, an dem sich das Antriebsbefehlssignal DrA, d.h. das Signal CK-A, ändert, um und verriegelt sein Niveau, und er verriegelt ferner das Signal DrA, d.h. das Niveau des Signals CK-A, zu dem Zeitpunkt, an dem sich das Positionserkennungssignal CS-A ändert.
8A veranschaulicht den Fall, wo das Signal CK-A gegenüber dem zu Signal CS-A umgekehrten Signal verzögert ist, während 8B den Fall veranschaulicht, wo das Signal CK-A dem zu Signal CS-A umgekehrten Signal voreilt.
8A und 8B zeigen, dass das durch den Erreger 2a empfangene Erregersignal IN-A vom Signal CK-A und von dem zum Signal CS-A umgekehrten Signal das später ankommende Signal ist, womit erwiesen ist, dass der reziproke Haltespeicher 50a als Verzögerungssignalwähler 5a wirkt.
Die gleiche Wirkungsweise gilt für die Signale CS-B, CK-B und IN-B, und es erweist sich daher, dass der reziproke Haltespeicher 50b als Verzögerungssignalwähler 5b wirkt.
Durch die obige Diskussion ist daher erwiesen, dass die reziproken Haltespeicher 50a und 50b als Verzögerungssignalwähler 5a und 5b wirken können.
Genauer gesagt empfangen die reziproken Haltespeicher die Erregersignale IN-A und IN-B nicht durch einen Wechsel von Antriebsbefehlssignalen DrA und DrB (d.h. den Signalen CK-A und CK-B) zu Positionserkennungssignalen CS-A und CS-B oder umgekehrt. Wenn sich daher eine Verzögerung oder Voreilung zwischen den Antriebsbefehlssignalen und den Positionserkennungssignalen plötzlich umkehrt, kann das Erregersignal ohne eine Unterbrechung glatt weitergeleitet werden. Der Schrittmotor lässt sich daher in stabilerer Weise steuern.
Die in 6A gezeigten Haltespeicher 50a und 50b werden in der oben erörterten Funktion für die Verzögerungssignalwähler 5a und 5b verwendet; die Haltespeicher 50a und 50b können aber durch die in 6B veranschaulichten reziproken Signalwähler 60a und 64b ersetzt werden.
Der reziproke Signalwähler 60a in 6B hat die folgende Struktur, und da der Wähler 60b ein Gegenstück zum Wähler 60a ist, kann seine Beschreibung hier entfallen.
Im reziproken Signalwähler 60a werden die Signale CS-A und CK-A über Doppelflankendetektoren 61 und 62 einem Set-Input und einem Reset-Input des RS-Flipflops 63 zugeführt.
Wenn der RS-Flipflop 63 gesetzt ist und der Wähler 65 die Signale CS-A und CK-A empfängt, wählt der Wähler 65 das Signal CK-A und gibt es aus. Wenn der RS-Flipflop 63 zurückgesetzt ist, wählt der Wähler 65 das Signal CS-A und gibt es aus.
Wähler 66 wählt das Signal CK-A und gibt es aus, wenn der RS-Flipflop 63 gesetzt ist, und der Wähler 66 empfängt das Signal CK-A wie auch das zum Signal CS-A umgekehrte Signal durch das Umkehrgatter 64. Wenn der RS-Flipflop zurückgesetzt ist, wählt der Wähler 66 das zu CS-A umgekehrte Signal und gibt es aus.
Wähler 67 empfängt die betreffenden Ausgangssignale von den Wählern 65 bzw. 66 und wählt dann als Reaktion auf das Eingangssignal FR eines dieser Signale aus und gibt es aus. Das Eingangssignal FR wird durch die Antriebsrichtung (positiv oder negativ) des Motors bestimmt und wird einfach dadurch erzeugt, dass die Phasenbeziehung (Verzögerung oder Voreilung) zwischen den Antriebsbefehlssignalen DrA und DrB erfasst wird.
Das Ausgangssignal des Wählers 67 wird schliesslich zum Ausgangssignal des reziproken Signalwählers 60a.
Der so aufgebaute reziproke Signalwähler 60a funktioniert wie folgt.
Wenn das Signal CS-A vom Niveau H auf das Niveau L abfällt oder umkehrt, gibt der Doppelflankendetektor 61 einen Set-Impuls an den RS-Flipflop 63 ab und setzt dadurch den Flipflop 63. Zu diesem Zeitpunkt wählt der Wähler 65 das Signal CK-A und gibt es aus, während der Wähler 66 ebenfalls das Signal CK-A auswählt und ausgibt.
Wenn das Signal CK-A vom Niveau H auf das Niveau L abfällt oder umgekehrt, gibt der Doppelflankendetektor 62 einen Reset-Impuls an den RS-Flipflop 63 ab und setzt dadurch den Flipflop 63 zurück. Zu diesem Zeitpunkt wählt der Wähler 65 das Signal CS-A und gibt es aus, während der Wähler 66 das zu CS-A umgekehrte Signal auswählt und ausgibt.
In anderen Worten wird das Ausgangssignal des Wählers 65 zum Signal CK-A, wenn sich das Signal CS-A ändert, aber wird zum Signal CS-A, wenn sich CK-A ändert.
Das Ausgangssignal des Wählers 66 wird zum Signal CK-A, wenn sich das Signal CS-A ändert, aber es wird zu dem zu CS-A umgekehrten Signal, wenn sich CK-A ändert.
Wenn der Motor in der positiven Richtung angetrieben wird, wählt Wähler 67 als Reaktion auf das Eingangssignal FR das durch den Wähler 65 gelieferte Signal und gibt es aus, und dieses Ausgangssignal wird vom reziproken Signalwähler 60a abgegriffen.
Wenn der Motor in der negativen Richtung angetrieben wird, wählt Wähler 67 als Reaktion auf das Eingangssignal FR das durch den Wähler 66 gelieferte Signal und gibt es aus, und dieses Ausgangssignal wird vom reziproken Signalwähler 60a abgegriffen. Wenn der Motor in der positiven Richtung angetrieben wird, wählt dieser reziproke Signalwähler 60a das Positionserkennungssignal zu dem Zeitpunkt, an dem sich das Antriebsbefehlssignal ändert, und gibt es aus, und er wählt auch das Antriebsbefehlssignal zu dem Zeitpunkt aus, an dem sich das Positionserkennungssignal ändert, und gibt es aus. Wenn der Motor in der negativen Richtung angetrieben wird, wählt dieser reziproke Signalwähler ein zum Positionserkennungssignal umgekehrtes Signal zu dem Zeitpunkt aus, an dem sich das Antriebsbefehlssignal ändert, und gibt es aus, und er wählt auch das Antriebsbefehlssignal zu dem Zeitpunkt aus, an dem sich das Positionserkennungssignal ändert, und gibt es aus.
Die oben erörterte Wirkungsweise beweist, dass die Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgangssignal des reziproken Signalwählers 60a identisch zu der in 7A, 7B, 8A und 8A gezeigten ist, und der Wähler 60a funktioniert ebenso als Verzögerungssignalwähler 5a wie der reziproke Haltespeicher 50a.
Die oben erörterte Wirkungsweise gilt auch für die Signale CS-B, CK-B und IN-B, und daher kann der Wähler 60b als Verzögerungssignalwähler 5b wirken.
Die reziproken Signalwähler 60a und 60b liefern Erregersignale IN-A und IN-B nicht durch einen Wechsel von Antriebsbefehlssignalen DrA und DrB (d.h. den Signalen CK-A und CK-B) zu Positionserkennungssignalen CS-A und CS-B oder umgekehrt. Wenn sich daher eine Verzögerung oder Voreilung zwischen den Antriebsbefehlssignalen und den Positionserkennungssignalen plötzlich umkehrt, können die Erregersignale ohne eine Unterbrechung glatt weitergeleitet werden. Der Schrittmotor lässt sich daher in stabilerer Weise steuern.
Des Weiteren können in der ersten beispielhaften Ausführungsform anstelle eines teuren und sperrigen Kodierers oder eines Resolvers billige und kompakte Hall-Elemente als Positionsdetektoren 3a und 3b verwendet werden. Die Hall-Elemente erfordern weniger Raum, um am Motor montiert zu werden, und daher kann die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung frei von Gleichlaufverlusten erreicht werden, wobei aber die Vorrichtung den Vergleich zur herkömmlichen Vorrichtung bezüglich der Grösse und des Preises aushält (kompakt und billig). Der Positionsdetektor hat nicht notwendigerweise eine hohe Auflösung.
Kodierer oder Resolver können ohne technische Probleme immer noch als Positionsdetektoren 3a und 3b verwendet werden.
In der ersten beispielhaften Ausführungsform werden der Positionsdetektor 3a und der Erregungszeitpunktregler 4a wie auch ihre Gegenstücke 3b und 4b unabhängig voneinander für die entsprechenden Phasen (Phase A und Phase B) zur Verfügung gestellt. Die Signale der entsprechenden Phasen werden daher bei der Steuerung des Erregungszeitpunkts unabhängig voneinander verarbeitet.
Daher ist es nicht nötig, dass der Erregungszeitpunktregler bei der Signalverarbeitung mit anderen Phasen gekoppelt wird. Im Ergebnis hat dieser Regler eine einfache Struktur und kann leicht auch in einem Schrittmotor eingesetzt werden, der eine Anzahl von Phasen hat. Denn die Positionsdetektoren und die Erregungszeitpunktregler sind entsprechend der Anzahl der Phasen unabhängig voneinander angeordnet, weshalb dieser Regler leicht bei einem Schrittmotor angewendet werden kann, der eine Anzahl von Phasen hat.
(Bespielhafte Ausführungsform 2)
Der Zweiphasen-Schrittmotor ist in der ersten beispielhaften Ausführungsform beschrieben worden; die vorliegende Erfindung ist aber leicht auf Schrittmotoren mit drei und mehr Phasen anwendbar, so dass ein Mehrphasen-Schrittmotor ohne Gleichlaufverlust erzielt wird.
9 veranschaulicht eine Struktur, wo die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung einen Dreiphasen-Schrittmotor gemäss der zweiten beispielhaften Ausführungsform einsetzt.
In 9 empfängt der Antriebsbefehlssignalgenerator 6 für die jeweilige Phase das Antriebsbefehlssignal Dr und das Antriebsrichtungsbefehlssignal FR für den Motor und erzeugt die Antriebsbefehlssignale DrA, DrB und DrC für die entsprechenden Phasen. Signale DrA, DrB und DrC haben gegenseitige Phasenunterschiede von 120°. Dieser Signalgenerator 6 kann durch einen Dreiphasen-Ringzähler verkörpert sein.
Der Erreger 21 umfasst die zu jeder Phase gehörigen, entsprechenden Erreger 21a, 21b und 21c. Diese Erreger funktionieren ebenso wie die Erreger 2a und 2b in der ersten Ausführungsform.
Die anderen Elemente in 9 sind grundsätzlich die gleichen wie in 1, und gleiche Elemente haben gleiche Bezugszeichen. Da Motor 1 in 9 drei Phasen hat, werden die Elemente für die Steuerung der dritten Phase mit dem Zusatz „c" bezeichnet.
Die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist in gleicher Weise auf Vier- und Fünfphasen-Schrittmotoren anwendbar.
Die Anzahl der Positionsdetektoren erhöht sich mit der Anzahl der Phasen, was die Grösse und den Preis erhöht; die folgenden Verfahren sind aber verfügbar, um die Anzahl der Positionsdetektoren zu verringern.
Das erste Verfahren wird bei Positionsdetektoren angewendet, die Hall-Elemente umfassen. Ein Teil der Hall-Elemente wird eliminiert, und die Positionserkennungssignale, die von den eliminierten Hall-Elementen geliefert werden sollten, werden durch die Signale von den verbleibenden Hall-Elementen virtuell erzeugt. In diesem Falle sollten die Signale von den verbleibenden Hall-Elementen verzögert werden, oder die Signale sollten zu zusammengesetzten Formen umgewandelt werden, um die Signale virtuell zu erzeugen.
Das zweite Verfahren besteht darin, einen Positionsdetektor aus einem einfachen Kodierer zu bilden, der Hall-Elemente und MR-Elemente umfasst, so dass die Positionserkennungssignale, die auf jede Phase reagieren, erzeugt werden, indem die Signale von diesen Elementen verwendet werden.
Durch diese bekannten Verfahren kann die Anzahl der Positionsdetektoren leicht verringert werden, so dass die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung auf Mehrphasen-Schrittmotoren anwendbar ist, ohne ihre Grösse und ihren Preis zu beeinträchtigen.
(Beispielhafte Ausführungsform 3)
10 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der dritten beispielhaften Ausführungsform.
In 10 sind der Zweiphasenmotor 1 und die Positionsdetektoren 3a und 3b die gleichen wie in 1. Die Positionsdetektoren 3a und 3b umfassen zum Beispiel Hall-Elemente.
Der Erregerstromregler 7 empfängt Positionserkennungssignale CS-A, CS-B von den Positionsdetektoren 3a und 3b wie auch Antriebsbefehlssignale DrA, DrB und gibt dann auf den Phasenunterschied reagierend ein Erregerstromsteuersignal Ref als die Stromwertsignale Ref-A und Ref-B an die Erreger 2a und 2b aus.
Die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der dritten beispielhaften Ausführungsform, die die oben erörterte Struktur besitzt, wird unter Bezugnahme auf 2A und 2B wie auch auf 11A bis 15B dargestellt.
Die Beziehungen zwischen der Treiberposition θ und dem Drehmoment T werden hier beschrieben. Die Richtung der Treiberposition θ und die Richtung, in der das Drehmoment T wirkt, sind in der ersten Ausführungsform beschrieben worden, und diese Definition wird immer für die Beziehungen in dieser dritten Ausführungsform verwendet.
In der dritten Ausführungsform sind die Beziehungen zwischen den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B und dem durch Erregung der Wicklungen der Phasen A und B erzeugten Drehmoment T die gleichen wie die in der ersten Ausführungsform, daher wird die Beschreibung hier unterlassen.
Der Erregerstromregler 7 gemäss der dritten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 10 dargestellt. Der Regler 7 umfasst die folgenden Elemente:
einen Phasendifferenzdetektor 7a zur Erkennung eines Phasenunterschieds zwischen dem Positionserkennungssignal CS-A und dem Antriebsbefehlssignal DrA, die beide als Eingangssignale CS-Ap und Ck-Ap vom Detektor 7a empfangen werden;
einen Phasendifferenzdetektor 7b zur Erkennung eines Phasenunterschieds zwischen dem Positionserkennungssignal CS-B und dem Antriebsbefehlssignal DrB, die beide als Eingangssignale CS-Bp und Ck-Bp vom Detektor 7b empfangen werden;
einen Phasendifferenzverstärker 8 zur Verstärkung der von den Detektoren 7a und 7b gelieferten Phasendifferenzerkennungssignale und Ausgabe des Erregerstromsignals Ref.
Der Detektor 7a erfasst den Phasenunterschied zwischen den Signalen CS-Ap und Ck-Ap und gibt ein Befehlsverzögerungssignal RN-A aus, dessen Impulsbreite dem Grad der Verzögerung entspricht, wenn das Signal CK-Ap gegenüber dem Signal CS-Ap phasenverzögert ist. Wenn andererseits das Signal CK-Ap gegenüber dem Signal CS-Ap phasenvorgeeilt ist, gibt der Detektor 7a ein Befehlsvoreilungssignal RP-A aus, dessen Impulsbreite dem Grad der Voreilung entspricht. Diese Signale RN-A und RP-A sind die vom Detektor 7a gelieferten Phasendifferenzerkennungssignale. Der Detektor 7b funktioniert in der gleichen Weise wie Detektor 7a.
Der Phasendifferenzverstärker 8 verringert das Erregerstromsteuersignal Ref, wenn eines der Befehlsverzögerungssignale, RN-A oder RN-B, erzeugt worden ist, aber der Verstärker 8 erhöht das Signal Ref, wenn eines der Befehlsvoreilungssignale, RP-A oder RP-B, erzeugt worden ist. Wie aus 10 ersichtlich, umfasst der Phasendifferenzverstärker 8 zum Beispiel OR-Gatter 81 und 82, eine Ladungspumpschaltung 83 und eine Absolutwertschaltung 88. Die Ladungspumpschaltung 83 umfasst Stromquellen 84, 85, die durch OR-Gatter 81, 82 gesteuert werden, und einen integrierenden Verstärker 86 sowie einen integrierenden Kondensator 87.
Die Wirkungsweise des so aufgebauten Erregerstromreglers 7 kann zusammengefasst werden, wie in 11A und 11B gezeigt.
11A veranschaulicht die Wirkungsweise, wenn die Antriebsbefehlssignale DrA, DrB gegenüber den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B verzögert sind, während 11B die Wirkungsweise veranschaulicht, wenn die Antriebsbefehlssignale DrA, DrB gegenüber den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B voreilen.
Die Wirkungsweise der ganzen Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der dritten Ausführungsform wird hiernach auf der Grundlage der in 2A und 2B gezeigten Beziehung zwischen dem durch die Antriebswicklungen der Erregerphasen erzeugten Drehmoment und den Pasitionserkennungssignalen CS-A, CS-B sowie auf der Grundlage der in 11A und 11B gezeigten Wirkungsweise des Erregerstromreglers 7 dargestellt.
Um es kurz zu machen, wird eine typische Funktionsweise während der Periode X1 im Einzelnen dargestellt.
Die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung während der Periode X1 wird gemäss der dritten Ausführungsform in 12A, 12B, 13A und 13B veranschaulicht.
Während der Periode X1 steigt das Signal CS-A vom Niveau L auf das Niveau H, während das Signal CS-B auf dem Niveau L bleibt.
Ein spezieller Fall, wo der Treiber in der gewünschten positiven Richtung angetrieben wird, während Signale DrA und DrB gegenüber den Signalen CS-A und CS-B verzögert sind, ist in 12A und 12B veranschaulicht.
Wenn Signale DrA und DrB eine niedrige Frequenz oder eine geringere Belastung aufweisen, dann sind Signale DrA und DrB gegenüber den Signalen CS-A und CS-B im Allgemeinen phasenverzögert, wie in 12A gezeigt.
In 12A befindet sich vor dem Zeitpunkt t11 das Antriebsbefehlssignal DrA, d.h. das Erregersignal IN-A, auf dem Niveau L, während das Antriebsbefehlssignal DrB, d.h. das Erregersignal IN-B, sich auf dem Niveau H befindet. Während dieser Periode liegt daher ein durch „–Ta + Tb" ausgedrücktes Drehmoment am Treiber an.
Zum Zeitpunkt t11 fällt das Signal IN-B vom Niveau H auf das Niveau L ab, wodurch die Erregung zur Wicklung der Phase B wechselt und die Erregungsrichtung sich ändert. Zu diesem Zeitpunkt wendet sich das am Treiber anliegende Drehmoment in die Vorwärtsrichtung und wird durch „–Ta – Tb" ausgedrückt. Diese auf Grund des Erregungswechsels erfolgte Wendung des Drehmoments wirkt so, dass der Treiber in der gewünschten positiven Richtung angetrieben wird. Nach dem Zeitpunkt t11 wird das Drehmoment zu den Zeitpunkten t21 und t31 wiederum in die Vorwärtsrichtung gelenkt, so dass der Treiber weiter in der positiven Richtung angetrieben wird.
In dieser dritten beispielhaften Ausführungsform werden die Erregerströme der Antriebswicklungen zusätzlich zu dem oben erwähnten Erregungswechsel noch durch den Erregerstromregler 7 gesteuert.
Der oben erörterte Erregungswechsel kann in anderer Weise wie folgt beschrieben werden. Wenn die Signale DrA, DrB gegenüber den Signalen CS-A, CS-B phasenverzögert sind, dann lenkt der Erregungswechsel der Wicklungen durch die Signale DrA, DrB das Drehmoment in eine Richtung, die wirksam ist, damit der Motor in der gewünschten positiven Richtung angetrieben wird.
Dies kann auch umgekehrt beschrieben werden, d.h. wenn die Signale DrA, DrB die Erregung der Wicklungen so wechseln, dass der Motor in der gewünschten positiven Richtung angetrieben werden kann, dann sind die Signale DrA, DrB gegenüber den Signalen CS-A, CS-B phasenverzögert.
Der Erregerstromregler 7 erkennt, dass die Signale DrA, DrB, d.h. die Signale CK-Ap und CK-Bp, gegenüber den Signalen CS-A, CS-B phasenverzögert sind, d.h. gegenüber den Signalen CS-Ap und CS-Bp, wenn der Erregungswechsel wirksam geworden ist. Regler 7 verringert dann den Strom des Signals Ref entsprechend dem Grad der erkannten Verzögerung.
12A beschreibt diese Wirkungsweise des Reglers 7 im Einzelnen. In 12A wird erkannt, dass die Eingangssignale CK-Ap, CK-Bp gegenüber den Eingangssignalen CS-Ap, CS-Bp phasenverzögert sind, und Befehlsverzögerungssignale RN-A, RN-B, deren Impulsbreite dem Grad der Verzögerung entspricht, werden geliefert. Zu diesem Zeitpunkt werden keine Befehlsvoreilungssignale RP-A, RP-B geliefert.
Wenn Befehlsverzögerungssignale RN-A, RN-B geliefert werden, veranlasst der Phasendifferenzverstärker 8, dass sich das Erregerstromsteuersignal Ref verringert, wodurch der maximale Erregerstrom der Wicklung, von dem bekannt ist, dass er ungefähr proportional zum Spitzenwert des an der Treiberposition θ erzeugten Drehmoments T ist, verringert wird.
Die Spitzenwerte des Drehmoments T, das den Treiber antreibt, verringert sich, wie in 12A gezeigt, im gleichen Rhythmus wie das Signal Ref.
Ein Durchschnittswert „Tavr" des erzeugten Drehmoments T soll mit einem belasteten Drehmoment ins Gleichgewicht kommen; in den Schrittmotoren wird die Beziehung zwischen der Treiberposition θ und den Zeitpunkten der Treiberbefehlssignale DrA, DrB automatisch so aufgebaut, dass der Durchschnittswert „Tavr" des erzeugten Drehmoments mit dem belasteten Drehmoment ins Gleichgewicht kommen kann. Dies ist eines der innewohnenden Merkmale der Schrittmotoren.
Dies bedeutet, dass die Zeitpunktverzögerung der Signale DrA, DrB bezüglich der Treiberposition θ, d.h. der Positionserkennungssignale CS-A und CS-B, für grössere Spitzenwerte des erzeugten Drehmoments T wächst, während diese Verzögerung für kleinere Spitzenwerte des Drehmoments T abnimmt. Im Ergebnis kommt der Durchschnittswert des Drehmoments „Tavr" mit dem belasteten Drehmoment ins Gleichgewicht.
In diesem letzten Fall, d.h. wenn der Spitzenwert des Drehmoments T klein ist und die Zeitpunktverzögerung der Signale DrA, DrB bezüglich der Signale CS-A und CS-B abnimmt, nähert sich der Durchschnittswert des Drehmoments „Tavr" seinem Spitzenwert, wodurch die Welligkeit des Drehmoments wesentlich verringert wird.
Indem die Erfinder diese Merkmale der Schrittmotoren berücksichtigen, verringern sie mit Erfolg die Welligkeit des Drehmoments wesentlich durch die folgenden Verfahren: Eine Steuerung des Erregerstroms entsprechend dem Grad der Zeitfolgeverzögerung der Signale DrA, DrB gegenüber den Signalen CS-A, CS-B sowie eine Rückkopplungssteuerung zur Verringerung dieser Zeitfolgeverzögerung können realisiert werden. Wenn die Verzögerung verringert wird, nähert sich der durchschnittliche Wert „Tavr" des Drehmoments – der erforderlich ist, um den Treiber und eine Last anzutreiben – dem Spitzenwert des erzeugten Drehmoments T. Im Ergebnis verringert sich die Welligkeit des Drehmoments wesentlich. Dieser Mechanismus wird in 12B veranschaulicht.
Eine geringere Welligkeit des Drehmoments trägt zur Verringerung der Vibrationen, der Geräusche und der Drehgeschwindigkeitsschwankungen des Motors bei, und der resultierende Erregerstrom wird auf den der Belastung entsprechenden minimalen Wert eingeregelt. Der Wirkungsgrad des Motors wird dadurch wesentlich verbessert.
Das nächste Beispiel, nämlich der Fall, in dem der Treiber in der positiven Richtung angetrieben wird und die Signale DrA, DrB bezüglich der Positionserkennungssignale CS-A, CS-B vorauseilen, wird unter Bezugnahme auf 13A und 13B dargestellt.
Wenn die Signale DrA und DrA eine hohe Frequenz oder eine grössere Belastung haben, dann eilen allgemein die Signale DrA und DrB gegenüber den Signalen CS-A, CS-B in ihrer Phase voraus, wie in 13A gezeigt.
In 13A befindet sich vor dem Zeitpunkt t11 das Signal DrA, d.h. das Erregersignal IN-A, auf dem Niveau L, während das Signal DrB, d.h. das Erregersignal IN-B, sich auf dem Niveau H befindet. Während dieser Periode liegt daher ein durch „–Ta + Tb" ausgedrücktes Drehmoment am Treiber an.
Zum Zeitpunkt t11 fällt das Signal IN-B vom Niveau H auf das Niveau L ab, wodurch die Erregung der Wicklung der Phase B wechselt und die Erregerrichtung sich ändert. Zu diesem Zeitpunkt wendet sich das am Treiber anliegende Drehmoment in die Vorwärtsrichtung und wird durch „–Ta – Tb" ausgedrückt. Nach dem Zeitpunkt t11 wird das Drehmoment zu den Zeitpunkten t21 und t31 wiederum in die Vorwärtsrichtung gelenkt, so dass der Treiber weiter angetrieben wird. Dieser Erregungswechsel induziert eine Wendung des Drehmoments in die umgekehrte Richtung und ist für einen Antrieb des Treibers in der gewünschten positiven Richtung nicht günstig. In anderen Worten würde dieser Erregungswechsel einen Gleichlaufverlust herausfordern, wie im herkömmlichen Beispiel beschrieben.
In dieser dritten beispielhaften Ausführungsform erlaubt es aber der Erregerstromregler 7 der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, dem Verlust des Gleichlaufs dauerhafter zu widerstehen.
Der oben erörterte Wechsel der Erregung kann in anderer Weise wie folgt beschrieben werden. Wenn die Antriebsbefehlssignale DrA, DrB gegenüber den Signalen CS-A, CS-B phasenvorgeeilt sind, dann lenkt der Wechsel der Erregung der Wicklungen durch die Signale DrA, DrB das Drehmoment in eine Richtung, die ungünstig dafür ist, dass der Motor in der gewünschten positiven Richtung angetrieben wird.
Dies kann auch umgekehrt beschrieben werden, d.h. wenn die Signale DrA, DrB die Erregung der Wicklungen für einen Antrieb des Motors in der gewünschten positiven Richtung ungünstig wechseln, dann eilen die Signale DrA, DrB gegenüber den Signalen CS-A, CS-B in ihrer Phase voraus.
Der Erregerstromregler 7 erkennt, dass die Signale DrA, DrB, d.h. die Signale CK-Ap und CK-Bp, gegenüber den Signalen CS-A, CS-B, d.h. den Eingangssignalen CS-Ap und CS-Bp, in ihrer Phase voreilen, wenn die Erregung ungünstig gewechselt worden ist. Regler 7 erhöht dann den Strom des Signals Ref je nach dem Grad der erkannten Voreilung.
Der Grund, warum der Erregerstromregler 7 den Widerstand gegenüber einem Gleichlaufverlust erhöhen kann, wird unter Bezugnahme auf 13A, 13B und 14 eingehend beschrieben.
In 13A wird erkannt, dass die Eingangssignale CS-Ap und CK-Bp gegenüber den Eingangssignalen CS-Ap und CS-Bp in ihrer Phase voreilen, und die Befehlsvoreilungssignale RP-A und RP-B, die eine dem Grad der Voreilung entsprechende Impulsbreite besitzen, werden geliefert. Befehlsverzögerungssignale werden zu diesem Zeitpunkt nicht geliefert.
Wenn Befehlsvoreilungssignale RP-A, RP-B geliefert werden, veranlasst der Phasendifferenzverstärker 8, dass sich das Erregerstromsteuersignal Ref erhöht. Dann erhöhen die Erreger 2a und 2b den maximalen Erregerstrom der Wicklung, von dem bekannt ist, dass er ungefähr proportional zum Spitzenwert des an der Treiberposition θ erzeugten Drehmoments T ist.
Die Spitzenwerte des Drehmoments T, das den Treiber antreibt, erhöhen sich, wie in 13A gezeigt, im gleichen Rhythmus wie das Signal Ref.
Wenn die Erregung ungünstig gewechselt wird, wie oben erörtert, kann diese Erhöhung des Drehmoments T das in die umgekehrte Richtung zu lenkende Drehmoment für den Treiberantrieb minimieren.
14 ist eine vergrösserte Ansicht des Zustands, wo die Erregung zum Zeitpunkt t21 ungünstig gewechselt wird. Das Drehmoment T wendet sich zum Zeitpunkt t21 in die umgekehrte Richtung; wenn das Signal Ref nicht gesteuert wird, sinkt aber das Drehmoment T auf das Niveau T1 ab, wie durch eine gestrichelte Linie gezeigt, aber der Abfall endet beim Niveau T2, wenn der Strom des Signals Ref durch Steuerung erhöht wird. Dieser Mechanismus kann auch zu anderen Zeitpunkten angewendet werden.
Indem der Spitzenwert des Drehmoments T durch Steuerung des Signals Ref erhöht wird, kann das Antriebsdrehmoment, das den Treiber in die umgekehrte Richtung lenkt, minimiert werden, selbst wenn der Erregerstrom ungünstig gewechselt worden ist. Im Ergebnis kann die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung einem Verlust des Gleichlaufs dauerhafter widerstehen.
Wie oben erörtert, minimiert der Stromregler 7 das in die umgekehrte Richtung zu lenkende Drehmoment, das durch den Erregungswechsel induziert worden ist, wenn Signale DrA, DrB bezüglich der Signale CS-A, CS-B voreilen. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis die Voreilung der Signale DrA, DrB bezüglich der Signale CS-A, CS-B sehr gering geworden ist. In anderen Worten erhöht der Regler 7 den Erregerstrom der Wicklungen solange, bis die Voreilung klein genug geworden ist.
Wenn das Antriebsbefehlssignal eine hohe Frequenz oder eine hohe Belastung hat und Signale DrA, DrB gegenüber den Signalen CS-A, CS-B in ihrer Phase voreilen, während die Erregung für den Schrittmotor ungünstig gewechselt wird, liefert der Regler eine Rückkopplungs-Steuerung, so dass die Voreilungen der Signale DrA, DrB gegenüber den Signalen CS-A, CS-B verringert werden können. Wenn das Ausmass dieser Voreilung abnimmt, wird die Welligkeit des Drehmoments wirklich klein, wie in 13B gezeigt.
Diese dritte Ausführungsform kann somit nicht nur den Widerstand gegenüber einem Verlust des Gleichlaufs erhöhen, sondern sie kann auch die Welligkeit des Drehmoments verringern. Die Vorteile führen zu verringerten Vibrationen, weniger Geräusch und geringeren Drehgeschwindigkeitsschwankungen des Motors. Der resultierende Erregerstrom wird auf ein auf die Belastungen reagierendes, zweckmässiges Niveau gesteuert, was den Wirkungsgrad des Motors wesentlich erhöht.
Die oben erörterte Beschreibung bezog sich auf den Fall, wo der Treiber in der positiven Richtung (als der gewünschten Richtung) angetrieben wird. Die gleiche Art ist aber auf den Fall anwendbar, wo der Treiber in der negativen Richtung angetrieben wird (d.h. die negative Richtung erwünscht ist).
15A und 15B veranschaulichen die Wirkungsweise, wenn der Treiber in der negativen Richtung angetrieben wird und die Antriebsbefehlssignale DrA, DrB gegenüber den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B phasenverzögert sind. Diese Wirkungsweise ist im Grunde die gleiche wie die in 12A und 12B veranschaulichte Wirkungsweise, d.h. wenn der Motor in der positiven Richtung angetrieben wird, und eine eingehende Beschreibung dieser Wirkungsweise wird hier unterlassen.
In 15A und 15B ist die Treiberposition θ umgekehrt zu der in 12A und 12B ausgedrückt, indem nämlich eine Bewegung des Treibers in der negativen Richtung der Richtung nach rechts in den Figuren entspricht, während eine Bewegung des Treibers in der positiven Richtung einer Richtung nach links in den Figuren entspricht. Das erzeugte Drehmoment T wird in der gleichen Weise wie in 12A und 12B ausgedrückt.
Die (nicht gezeigte) Wirkungsweise, wenn der Treiber in der negativen Richtung angetrieben wird und die Signale DrA, DrB bezüglich der Signale CS-A, CS-B voreilen, ist grundsätzlich die gleiche wie die in 13A und 13B gezeigte, also wenn der Treiber in der positiven Richtung angetrieben wird.
Wenn der Treiber in der negativen Richtung angetrieben wird, so ist die Wirkungsweise grundsätzlich die gleiche wie wenn der Treiber in der positiven Richtung angetrieben wird, wie in den 12A, 12B, 13A und 13B gezeigt, mit Ausnahme des folgenden Punktes: die Phasen der Signale DrA und DrB sind verkehrt, sodann werden die Verzögerung und die Voreilung der Signale DrA und DrB auf die zu den Signalen CS-A, CS-B umgekehrten Signale bezogen.
Eine Umkehr der Phasen der Signale DrA, DrB bewirkt die Umkehr der Drehrichtung des durch die Wicklungen erzeugten Magnetfeldes, während der Bezug der Verzögerung und Voreilung auf die umgekehrten Signale bewirkt, dass ein umgekehrtes Drehmoment T in die erwünschte Richtung gelenkt wird, um den Treiber in der negativen Richtung anzutreiben.
Die Wirkungsweise, wenn der Treiber in der negativen Richtung angetrieben wird, wird hier nachgetragen. Wenn die Signale DrA und DrB gegenüber den zu Signalen CS-A und CS-B umgekehrten Signalen verzögert sind, dann lenkt ein Erregungswechsel der Wicklungen durch die Signale DrA und DrB das Drehmoment in die Richtung, die wirksam ist, damit der Motor in der negativen Richtung, d.h. einer erwünschten Richtung angetrieben wird. In anderen Worten sind Signale DrA und DrB gegenüber den zu den Signalen CS-A und CS-B umgekehren Signalen in ihrer Phase verzögert, wenn die Erregung der Wicklungen wirksam so gewechselt wird, dass der Motor in der erwünschten negativen Richtung angetrieben wird.
Wenn daher die Erregung wirksam gewechselt worden ist, erkennt der Erregerstromdetektor 7, dass die Signale DrA und DrB, d.h. die Eingangssignale CK-Ap und CK-Bp gegenüber den zu CS-A und CS-B umgekehrten Signalen, d.h. gegenüber den Eingangssignalen CS-Ap und CS-Bp, phasenverzögert sind, und verringert dann den Strom des Erregerstromsteuersignals Ref. Dies ist in 15A und 15B veranschaulicht.
Die Phasenverzögerung wird nicht als Befehlsverzögerungssignale RN-A und RN-B erfasst, sondern als Befehlsvoreilungssignale RP-A und RP-B. Denn diese Signale sind für den Fall definiert worden, wo der Motor in der positiven Richtung angetrieben wird, und die Bedeutungen dieser Signale wechseln einander ab, wenn der Motor in der negativen Richtung angetrieben wird. Wenn der Motor in der negativen Richtung angetrieben wird, dann hat wegen der Absolutwertschaltung 88 das Erregerstromsteuersignal Ref immer einen positiven Wert, aber die Ladungspumpschaltung 83 gibt einen negativen Wert aus.
Wenn in anderen Worten entdeckt wird, dass die Signale CK-Ap, CK-Bp gegenüber den zu CS-Ap, CS-Bp umgekehrten Signalen phasenverzögert sind, dann werden die Signale RP-A und RP-B geliefert, und ein negatives Ausgangssignal von der Ladungspumpschaltung 83 wird in die positive Richtung gelenkt, wodurch ihr Absolutwert abnimmt. Dieser Absolutwert wirkt durch die Absolutwertschaltung 88 als das Erregerstromsteuersignal Ref, und somit verringert sich das Signal Ref schliesslich.
Wenn die Signale DrA und DrB gegenüber den zu den Signalen CS-A und CS-B umgekehrten Signalen voreilen, dann lenkt der Erregungswechsel an den Wicklungen durch die Signale DrA und DrB das Drehmoment in eine Richtung, die ungünstig dafür ist, den Motor in der gewünschten negativen Richtung anzutreiben. In anderen Worten eilen die Signale DrA und DrB gegenüber den zu den Signalen CS-A und CS-B umgekehrten Signalen in ihrer Phase vor, wenn der Erregungswechsel der Wicklungen dafür ungünstig ist, den Motor in der erwünschten negativen Richtung anzutreiben.
Wenn die Erregung ungünstig gewechselt worden ist, erkennt daher der Erregerstromregler 7, dass die Signale DrA und DrB, d.h. die Eingangssignale CK-Ap und CK-Bp, gegenüber den zu CS-A und CS-B umgekehrten Signalen, d.h. gegenüber den Eingangssignalen CS-Ap und CS-Bp, in ihrer Phase voreilen, und der Regler 7 erhöht dann den Strom des Erregerstromsteuersignals Ref.
Die Phasenvoreilung wird aus den oben erörterten Gründen nicht als Befehlsvoreilungssignale RP-A und RP-B erfasst, sondern als Befehlsverzögerungssignale RN-A und RN-B. Wenn der Motor in der negativen Richtung angetrieben wird, dann gibt die Ladungspumpschaltung 83 einen negativen Wert aus.
In anderen Worten werden die Signale RN-A und RN-B geliefert, wenn entdeckt wird, dass die Signale CK-Ap und CK-Bp gegenüber den zu CS-Ap und CS-Bp umgekehrten Signalen in ihrer Phase voreilen, und ein negatives Ausgangssignal von der Ladungspumpschaltung 83 wird weiter in die negative Richtung gelenkt, wodurch sich sein Absolutwert erhöht. Durch die Absolutwertschaltung 88 wirkt dieser Absolutwert als das Erregerstromsteuersignal Ref, und schliesslich erhöht sich das Signal Ref.
Wie in dieser dritten beispielhaften Ausführungsform erörtert, erlaubt es die Zurverfügungstellung des Erregerstromreglers 7, dass die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung die Welligkeit des Drehmoments verringert, weil der Regler 7 den maximalen Erregerstrom der Wicklungen dem Phasenunterschied zwischen den Signalen CS-A, CS-B und den Signalen DrA, DrB entsprechend steuern kann. Gleichzeitig werden Vibrationen, Geräusche und Drehgeschwindigkeitsschwankungen des Motors verringert. Der Erregerstrom wird auf ein auf die Frequenz oder Belastung des Antriebsbefehlssignals reagierendes, zweckmässiges Niveau gesteuert, wodurch sich der Wirkungsgrad des Motors wesentlich erhöht. Des Weiteren wird der Widerstand gegen einen Verlust des Gleichlaufs wesentlich erhöht.
(Beispielhafte Ausführungsform 4)
16 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der vierten beispielhaften Ausführungsform.
In 16 sind der Zweiphasenmotor 1, die Erreger 2a und 2b, die Positionsdetektoren 3a und 3b sowie der Erregerstromregler 7 die gleichen wie in 10, deshalb wird ihre eingehende Beschreibung hier unterlassen.
Der Erregerstromregler 7 empfängt Positionserkennungssignale CS-A und CS-B, die von den Positionsdetektoren 3a und 3b abgegriffen w erden, sowie die Antriebsbefehlssignale DrA und DrB und gibt an die Erreger 2a und 2b ein Erregerstromsteuersignal Ref in Gestalt der Stromwertsignale Ref-A und Ref-B aus. Die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b empfangen die Signale CS-A und CS-B an ihren Eingängen CS-Ad und CS-Bd, die Regler empfangen ferner die Signale DrA und DrB an den anderen Eingängen CK-Ad und CK-Bd. Die Regler 4a und 4b geben Erregersignale IN-A und IN-B an die Erreger 2a und 2b aus.
Die in 16 gezeigte vierte beispielhafte Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten im folgenden Punkt. In der dritten Ausführungsform werden die Antriebsbefehlssignale DrA und DrB, d.h. die Erregersignale IN-A und IN-B, den Erregern 2a und 2b direkt zugeführt, während in der vierten Ausführungsform die Erregersignale IN-A und IN-B den Erregern 2a und 2b zugeführt werden, nachdem sie mit der Information der Positionserkennungssignale CS-A und CS-B einer Kontrolle ihres zeitlichen Ablaufs unterworfen worden sind.
Die vierte Ausführungsform in der oben erörterten Struktur wird hierunter unter Bezugnahme auf 2A, 2B und 17A bis 20 dargestellt.
Die Beziehungen zwischen der Treiberposition θ und dem Drehmoment T werden hier beschrieben. Die Richtung der Treiberposition θ und die Richtung, in der sich das Drehmoment T bewegt, sind in der ersten Ausführungsform definiert worden, und diese Definition wird immer für die Beziehungen in dieser vierten Ausführungsform verwendet.
Die Beziehung zwischen den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B und dem bei Erregung der Wicklungen der Phasen A und B erzeugten Drehmoment T ist die gleiche wie die der in 2A und 2B veranschaulichten ersten Ausführungsform, und daher wird die Beschreibung hier unterlassen.
Die Wirkungsweise der Erregungszeitpunktregler 4a und 4b gemäss der vierten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 16 dargestellt.
Um es kurz zu machen, wird eine typische Funktionsweise während der in 2B gezeigten Periode X1 dargestellt.
17A und 17B veranschaulichen die Wirkungsweise der Erregungszeitpunktregler 4a und 4b während der Periode X1.
Während der Periode X1 steigt das Signal CS-A, d.h. das Signal CS-Ad, vom Niveau L auf das Niveau H, während das Signal CS-B, d.h. das Signal CS-Bd, auf dem Niveau L bleibt.
Ein erster Fall, in dem der Treiber in der gewünschen positiven Richtung angetrieben wird, wird dargestellt, wie in 17A und 17B gezeigt. Gemäss 17A werden die Antriebsbefehlssignale DrA und DrB – die gegenüber den Signalen CS-A und CS-B phasen verzögert sind – den Eingängen CK-Ad und CK-Bd der Regler 4a und 4b zugeführt. Wenn die Signale DrA und DrB eine niedrige Frequenz oder eine geringere Belastung haben, sind Signale DrA und DrB allgemein gegenüber den Signalen CS-Ad und CS-Bd phasenverzögert.
In 17A steigt das Signal CK-Ad zum Zeitpunkt t21 vom Niveau L auf das Niveau H, und die Wirkungsweise zu diesem Zeitpunkt wird hier zuerst beschrieben. Die Erregersignale IN-A und IN-B befinden sich gerade vor dem Zeitpunkt t21 beide auf dem Niveau L. Auf der Grundlage dieser Signale erregen die Erreger 2a und 2b die Wicklungen der Phasen A und B negativ. Daher wird ein durch „–Ta – Tb" ausgedrücktes Drehmoment an den Treiber angelegt.
Zum Zeitpunkt t21 steigt das Signal CK-Ad vom Niveau L auf das Niveau H, und es wird angenommen, dass der Erregungszeitpunktregler 4a so wirkt, dass diese Signaländerung dem Eingang IN-A des Erregers 2a zugeführt wird. Dann wird die Wicklung der Phase A positiv erregt, und das durch „Ta – Tb" ausgedrückte Drehmoment wird an den Treiber angelegt. Das zum Zeitpunkt t21 wirkende Drehmoment erhöht sich in der Vorwärtsrichtung gegenüber dem zum Zeitpunkt gerade vor t21. Diese Drehmomentenänderung, die durch den Wechsel des Erregersignals IN-A hervorgerufen wird, wirkt so, dass der Treiber in der gewünschten positiven Richtung angetrieben wird.
Wenn der Erregungswechsel der Wicklung der Phase A durch das Signal CK-Ad, d.h. das Antriebsbefehlssignal DrA, so wirkt, dass der Treiber weiter angetrieben wird, wirkt der Regler 4a so, dass die Signale CK-Ad dem Eingang IN-A des Erregers 2a zugeführt werden.
Zu den Zeitpunkten t11 und t31 ändert sich das Signal CK-Bd in der gleichen Weise. Wenn angenommen wird, dass der Regler 4b so wirkt, dass die Änderungen dem Eingang IN-B des Erregers 2b zugeführt werden, dann wird die Erregung der Wicklung der Phase B gewechselt. Das resultierende Drehmoment erhöht sich in der Vorwärtsrichtung gegenüber den Werten zu Zeitpunkten gerade vor t11 und t31. In anderen Worten ist es zweckmässig, dem Signal CK-Bd folgend zu Zeitpunkten t11 und t31 ein Erregersignal IN-B zu erzeugen, damit der Treiber weiter in der positiven Richtung angetrieben wird.
Ebenso wie der Regler 4a wirkt der Regler 4b so, dass die Signale CK-Bd dem Eingang IN-B des Erregers 2b zugeführt werden, wenn die Erregung der Wicklung der Phase B durch das Signal CK-Bd gewechselt wird, d.h. das Antriebsbefehlssignal DrB wirkt so, dass der Treiber weiter angetrieben wird.
Der nächste Fall liegt vor, wenn, wie in 17B gezeigt, die Signale DrA und DrB gegenüber den Signalen CS-Ad und CS-Bd in ihrer Phase voreilen und die vorgeeilten Signale den Eingängen CK-Ad und CK-Bd der Regler 4a und 4b zugeführt werden. Allgemein haben die Signale DrA und DrB eine hohe Frequenz oder eine höhere Belastung, die Signale eilen vor.
In 17B steigt das Signal CK-Ad zum Zeitpunkt t21 vom Niveau L auf das Niveau H. Die Wirkungsweise zum Zeitpunkt t21 wird hier zuerst dargelegt.
Die Erregersignale IN-A und IN-B befinden sich gerade vor dem Zeitpunkt t21 beide auf dem Niveau L. Auf der Grundlage dieser Signale erregen die Erreger 2a und 2b die Wicklungen der Phasen A und B negativ. Daher wird das als „–Ta – Tb" ausgedrückte Drehmoment an den Treiber angelegt.
Zum Zeitpunkt t21 steigt das Signal CK-Ad vom Niveau L auf das Niveau H, und es wird angenommen, dass der Erregungszeitpunktregler 4a so wirkt, dass diese Signaländerung dem Eingang IN-A des Erregers 2a zugeführt wird. Dann wird die Wicklung der Phase A positiv erregt, und das als „Ta – Tb" ausgedrückte Drehmoment wird an den Treiber angelegt.
Das zum Zeitpunkt t21 wirksame Drehmoment nimmt in der umgekehrten Richtung ab, obwohl sich sein Wert verglichen mit dem z um Zeitpunkt gerade vor t21 immer noch in der Vorwärtsrichtung befindet. Dieser Wechsel des Erregersignals IN-A ist ungünstig dafür, den Treiber in der gewünschten positiven Richtung anzutreiben. (Dieser Wechsel ist in 17B durch x gekennzeichnet.) Dieser Wechsel würde einen Gleichlaufverlust verursachen, wie in den herkömmlichen Fällen beschrieben.
Wenn des Weiteren ein Wendepunkt des Signals CK-Ad an den Zeitpunkt t21F vorverlegt wird, ist das Drehmoment in seinem Wert rückwärts gerichtet, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit eines Gleichlaufverlusts weiter erhöht.
Der Regler 4a wirkt nicht so, dass er das Signal CK-Ad direkt an den Eingang IN-A des Erregers 2a liefert, wenn ein Erregungswechsel der Wicklung der Phase A mit dem Signal CK-Ad, d.h. dem Signal DrA, ungünstig dafür ist, den Treiber weiter anzutreiben, sondern er wirkt stattdessen so, dass er das Signal CS-A, d.h. das Signal CS-Ad, als Erregersignal an den Eingang IN-A des Erregers 2a liefert.
Diese Wirkungsweise des Reglers 4a erlaubt es, dass sich die Erregung der Wicklung der Phase A zum Zeitpunkt t22 ändert, wenn das Signal CS-Ad vom Niveau L auf das Niveau H steigt. Im Ergebnis kann das maximale Niveau des Drehmoments erhalten werden, um den Treiber, wie in 17B gezeigt, weiter in der positiven Richtung anzutreiben. Dadurch entfällt ein befürchteter Gleichlaufverlust.
Die gleichen Vorgänge sind zu Zeitpunkten t11 und t31 in 17B ersichtlich, d.h. das Signal CK-Bd ändert sich zu diesen Zeitpunkten, und es wird angenommen, dass der Regler 4b so wirkt, dass er diese Änderung an den Eingang IN-B des Erregers 2b ausgibt. Dann ändert sich die Erregung der Wicklung der Phase B, wodurch sich das am Treiber in Rückwärtsrichtung anliegende Drehmoment gegenüber dem vor diesen Zeitpunkten anliegenden verringert. In anderen Worten ist es unzweckmässig, zu Zeitpunkten t11 und t31 auf der Basis des Signals CK-Bd ein Erregersignal IN-B zu erzeugen, um den Treiber weiter in der positiven Richtung anzutreiben.
Der Regler 4b wirkt nicht so, dass er das Signal CK-Bd direkt an den Eingang IN-B des Erregers 2b liefert, wenn ein Wechsel der Erregung der Wicklung der Phase B mit dem Signal CK-Bd, d.h. dem Signal DrB, ungünstig dafür ist, den Treiber weiter anzutreiben, sondern er wirkt stattdessen so, dass er das Signal CS-B, d.h. das Signal CS-Bd, als Erregersignal an den Eingang IN-B des Erregers 2b liefert.
Diese Wirkungsweise des Reglers 4b erlaubt es, dass die Erregung der Wicklung der Phase B sich zum Zeitpunkt t12 oder t32 ändert, wenn sich das Signal CS-Bd ändert. Im Ergebnis kann das maximale Niveau des Drehmoments erhalten werden, um den Treiber, wie in 17B gezeigt, weiter in der positiven Richtung anzutreiben. Dadurch entfällt ein befürchteter Gleichlaufverlust.
Die oben erörterte Wirkungsweise während der Periode X1 ist auch auf die anderen, in 2B gezeigten Perioden X2, X3 und X4 anwendbar.
Die Wirkungsweise der Erregungszeitpunktregler 4a und 4b beim Antrieb des Motors in der positiven Richtung kann wie folgt zusammengefasst werden.
Wenn die Erregung der Wicklungen der betreffenden Phasen des Motors 1 als Reaktion auf die Eingangssignale CK-Ad und CK-Bd, d.h. auf die Antriebsbefehlssignale DrA und DrB, gewechselt wird und das sich ergebende Drehmoment in die umgekehrte Richtung weist, was ungünstig dafür ist, den Treiber weiter in der positiven Richtung anzutreiben, dann liefern Regler 4a und 4b die Eingangssignale CS-Ad und CS-Bd, d.h. die von den Positionsdetektoren 3a und 3b erzeugten Signale, als Erregersignale an die Erreger 2a und 2b. Wenn das resultierende Drehmoment andererseits nicht in die Gegenrichtung zeigt, sondern noch so wirkt, dass der Treiber weiter in der positiven Richtung angetrieben wird, dann liefern die Regler 4a und 4b die Eingangssignale CK-Ad und CK-Bd, d.h. die Antriebsbefehlssignale DrA und DrB, als Erregersignale an die Erreger 2a und 2b.
Die oben erörterte Wirkungsweise kann konkreter wie folgt beschrieben werden. Regler 4a und 4b wirken so, dass sie aus den Signalen DrA, DrB und den Signalen CS-Ad, CS-Bd die später ankommenden Signale als Erregersignale ausgeben.
Der Fall des Motorantriebs in der positiven Richtung (= gewünschte Richtung) ist unter Bezugnahme auf 17A und 17B dargestellt worden; die gleiche Beschreibung ist auf den Fall anwendbar, in dem der Motor in der negativen Richtung (= gewünschte Richtung) angetrieben wird.
Wenn der Treiber in der negativen Richtung angetrieben wird, ist die Wirkungsweise (nicht veranschaulicht) im Wesentlichen die gleiche wie beim Antrieb des Treibers in der positiven Richtung, die in 17A und 17B gezeigt wurde, mit Ausnahme der folgenden Punkte: Die Phasen der Signale CK-Ad und CK-Bd, d.h. der Antriebsbefehlssignale DrA und DrB, sind umgekehrt. Dann werden die Verzögerungen und Voreilungen der Signale DrA und DrB gegenüber den Positionserkennungssignalen CS-A und CS-B auf die zu den Signalen CS-A und CS-B umgekehrten Signale bezogen.
Die beiden oben erörterten Ausnahmen haben die folgenden Ziele: eine Umkehrung der Phasen der Signale DrA und DrB bezweckt, die Drehrichtung des durch die Antriebswicklungen erzeugten Magnetfeldes umzukehren. Ein Bezug der Verzögerungen und Voreilungen der Signale DrA und DrB auf die zu den Signalen CS-A und CS-B umgekehrten Signale bezweckt, ein umgekehrt gerichtetes Drehmoment in die gewünschte Richtung zu lenken, um den Treiber in der negativen Richtung anzutreiben.
Die Wirkungsweise der Regler 4a und 4b kann wie folgt zusammengefasst werden.
Die Regler 4a und 4b wechseln die Erregung der Antriebswicklungen der Phasen als Reaktion auf die Eingangssignale CK-Ad und CK-Bd, d.h. auf die Signale DrA und DrB. Wenn in diesem Falle ein resultierendes Drehmoment vorwärts gerichtet ist und den Treiber, der weiter in der negativen Richtung angetrieben werden soll, ungünstig beeinflusst, dann geben Regler 4a und 4b Signale CS-Ad und CS-Bd, d.h. Signale, die zu den durch die Positionsdetektoren 3a und 3b erzeugten umgekehrt sind, als Erregersignale an die Erreger 2a und 2b aus. Wenn im gleichen Fall ein resultierendes Drehmoment nicht vorwärts gerichtet ist und dennoch den Treiber, der weiter in der negativen Richtung angetrieben werden soll, günstig beeinflusst, dann geben die Regler 4a und 4b Signale CK-Ad und CK-Bd, d.h. Signale DrA und DrB, als Erregersignale an die Erreger 2a und 2b aus.
Konkreter geben die Regler 4a und 4b aus den Signalen DrA, DrB und den Signalen CS-A, Cs-B die später ankommenden als Erregersignale an die Erreger 2a und 2b aus.
Regler 4a und 4b steuern, wie oben erläutert, die Erregungszeitpunkte so, dass von den Signalen DrA, DrB und den Signalen CS-A, CS-B diejenigen Signale, die die Erregung für den Antrieb des Treibers wirksam wechseln können, als Erregersignale geliefert werden. Im Ergebnis ist die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, in der Regler 4a und 4b eingesetzt werden, frei von Gleichlaufverlust.
Der in 18 gezeigte reziproke Haltespeicher ist ein spezielles Beispiel eines Reglers 4a. Dieser reziproke Haltespeicher hat die gleiche innere Struktur wie der Haltespeicher 50a, der in der in 6A veranschaulichten ersten Ausführungsform verwendet wurde, eine eingehende Beschreibung wird daher hier unterlassen. Dieser reziproke Haltespeicher empfängt die Signale CS-Ad, CK-Bd und gibt ein Signal IN-A an den Erreger 2a aus. Der Regler 4b hat eine innere Struktur, die identisch mit der des Reglers 4a ist.
Die in 18 gezeigten Regler 4a und 4b wirken so, dass das Positionserkennungssignal und ein Antriebsbefehlssignal in ihren eigenen Zeitfolgen aneinander gekoppelt werden. Der diese Operation verkörpernde Schaltkreis ermöglicht es den Reglern 4a und 4b, zwischen dem Positionserkennungssignal und dem Antriebsbefehlssignal das verzögerte Signal als das Erregersignal auszugeben.
Der in 6B gezeigte reziproke Signalwähler 60a ist ein weiteres spezielles Beispiel eines Reglers 4a, wie in der ersten Ausführungsform erörtert. Regler 4b kann ebenfalls durch einen reziproken Signalwähler 60b verkörpert werden.
Die Schrittmotor-Antriebseinrichtung, in der die Regler 4a und 4b sowie ein Erregerstromregler 7 gemäss der dritten Ausführungsform eingesetzt werden, funktioniert in der vierten Ausführungsform wie folgt.
Ein erster Fall, in dem der Treiber in der gewünschten positiven Richtung angetrieben wird und die Antriebsbefehlssignale DrA und DrB gegenüber den Positionserkennungssignalen CS-A und CS-B verzögert sind, wird hierunter dargestellt.
Im allgemeinen haben die Signale DrA und DrB eine niedrige Frequenz oder tragen eine geringe Belastung, und die Signale DrA und DrB sind gegenüber den Signalen CS-A und CS-B phasenverzögert.
In diesem Falle geben die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b als Reaktion auf die Signale DrA und DrB Taktsignale als Erregersignale IN-A und IN-B aus, da die Signale DrA und DrB für den Antrieb des Treibers wirksam sind. Diese Operation ist daher der in der dritten Ausführungsform gleichwertig, d.h. die Signale DrA und DrB werden direkt als die Erregersignale IN-A und IN-B zugeführt, was in 12A und 12B gezeigt wird.
Der Fall, in dem der Treiber in der gewünschten negativen Richtung angetrieben wird und die Signale DrA und DrB gegenüber den Signalen CS-A und CS-B verzögert sind, ist ebenfalls dem in der dritten Ausführungsform, der in 15A und 15B gezeigt wird, gleichwertig.
Es wird gefolgert, dass der Erregerstromregler 7 wirksam funktioniert, wenn die Signale DrA und DrB gegenüber den Signalen CS-A und CS-B verzögert sind, wodurch Welligkeit des Drehmoments, Vibrationen, Geräusche und Drehgeschwindigkeitsschwankungen im Schrittmotor verringert werden. Der Erregerstrom wird den Belastungen entsprechend auf ein mini males Niveau eingeregelt, und dadurch wird der Wirkungsgrad des Schrittmotors wesentlich verbessert.
Ein zweiter Fall wird dargestellt, in dem der Treiber in der gewünschten positiven Richtung angetrieben wird und Signale DrA und DrB gegenüber den Signalen CS-A und CS-B voreilen.
Allgemein haben Signale DrA und DrB eine hohe Frequenz oder tragen eine schwere Belastung, Signale DrA und DrB eilen in ihrer Phase den Signalen CS-A und CS-B voraus.
In diesem Falle geben die Regler 4a und 4b als Reaktion auf die Signale CS-A und CS-B Taktsignale als Erregersignale IN-A und IN-B aus, da die Signale CS-A und CS-B für den Antrieb des Treibers wirksam sind, wie zuvor erörtert. Diese Operation wird in 19A und 19B veranschaulicht.
19A und 19B zeigen, dass die Regler 4a und 4b dem zum Antrieb des Treibers erzeugten Drehmoment T eine andere Wellenform ermöglichen, und zwar durch einen Wechsel der Erregung der Antriebswicklungen, nicht durch die Zeitpunkte der Signale DrA und DrA, sondern durch die Zeitpunkte der Signale CS-A und CS-B.
In der dritten Ausführungsform, in der die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b nicht eingesetzt werden, weist das Drehmoment T beim Wechsel der Erregung (siehe 13A und 13B) in die umgekehrte Richtung; in dieser vierten Ausführungsform weist das Drehmoment T aber nie in die umgekehrte Richtung. Im Ergebnis ist die Wahrscheinlichkeit eines Verlustes von Gleichlauf gründlich eliminiert.
20 ist eine vergrösserte Ansicht der Periode um den Zeitpunkt t21 in 19A und 19B, um die Wirkungsweise während dieser Periode eingehender zu beschreiben.
Wie in 20 gezeigt, nimmt das Befehlsvoreilungssignal RP-A als Reaktion auf die Änderung des Antriebsbefehlssignals DrA zum Zeitpunkt t21 das Niveau H an, sodann beginnt das Erregerstromsteuersignal Ref zum Zeitpunkt t21 zuzunehmen. Ein Wechsel der Erregung der Wicklungen wird auf Grund der Wirkungsweise der Erregungszeitpunktreglers 4a und 4b zum Zeitpunkt 21 nicht vorgenommen. Das Drehmoment T, das vor dem Zeitpunkt t21 durch „–Ta – Tb" ausgedrückt war, bleibt erhalten, wobei sein Spitzenwert sich bis zum Zeitpunkt t22 im gleichen Rhythmus wie das Signal Ref erhöht. Zum Zeitpunkt t22, wenn das Signal CS-A sich ändert, kehrt das Befehlsvoreilungssignal RP-A einmal zum Niveau L zurück, während Signal Ref aufhört zuzunehmen, gleichzeitig wird die Erregung der Wicklungen gewechselt, wodurch das Drehmoment T in ein Drehmoment verwandelt wird, das als „Ta – Tb" ausgedrückt wird.
In einer Reihe von Vorgängen der oben erörterten vierten Ausführungsform wirken der Erregerstromregler 7 und die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b im gleichen Sinne, wodurch sich das Drehmoment, wie in 20 gezeigt, bis zu einem Niveau T3 erhöht. Auf der anderen Seite sinkt das Drehmoment in der dritten Ausführungsform, in der Regler 4a und 4b nicht verwendet werden, zum Zeitpunkt 21 auf ein Niveau T2 ab. Dies beweist, dass die Wahrscheinlichkeit eines Verlustes von Gleichlauf in der vierten Ausführungsform gründlich eliminiert werden kann. (Diese Wirkungsweise ist auf andere Zeitpunkte anwendbar.)
Dieser zweite Fall, bei dem Signale DrA und DrB gegenüber den Signalen CS-A und CS-B voreilen, dauert an, bis das Ausmass der Voreilung sehr klein geworden ist.
Wenn das Antriebsbefehlssignal eine hohe Frequenz oder eine hohe Belastung hat und Signale DrA, DrB gegenüber den Signalen CS-A, CS-B in ihrer Phase voreilen, während die Erregung für den Schrittmotor ungünstig gewechselt wird, liefern die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b sowie der Stromregler 7 eine Rückkopplungs-Steuerung, so dass die Voreilungen der Signale DrA, DrB gegenüber den Signalen CS-A, CS-B verringert werden können. Wenn das Ausmass dieser Voreilung abnimmt, wird die Welligkeit des Drehmoments sehr klein, wie in 19B gezeigt.
Diese vierte Ausführungsform kann somit nicht nur den Verlust des Gleichlaufs vermeiden, sondern sie kann auch die Welligkeit des Drehmoments verringern. Diese Vorteile führen zu verringerten Vibrationen und Drehgeschwindigkeitsschwankungen des Motors. Der resultierende Erregerstrom wird auf ein auf die Belastungen reagierendes, zweckmässiges Niveau gesteuert, was den Wirkungsgrad des Motors wesentlich erhöht.
Die oben erörterte Beschreibung bezog sich auf den Fall, wo der Treiber in der gewünschten positiven Richtung angetrieben wird (wo DrA und DrB gegenüber CS-A und CS-B voreilen). Die gleiche Art ist auf den Fall anwendbar, wo der Treiber in der gewünschten negativen Richtung angetrieben wird (wo DrA und DrB gegenüber CS-A und CS-B voreilen).
Wenn der Treiber in der negativen Richtung angetrieben wird (nicht gezeigt), ist die Wirkungsweise grundsätzlich die gleiche wie beim Antrieb in der positiven Richtung, die in 19A und 19B gezeigt wurde, mit Ausnahme der folgenden beiden Punkte: Die Phasen der Signale DrA und DrB sind umgekehrt, dann werden die Verzögerungen und Voreilungen der Signale DrA und DrB auf die zu den Signalen CS-A und CS-B umgekehrten Signale bezogen. Diese beiden Unterschiede haben die folgenden Ziele.
Eine Umkehrung der Phasen der Signale DrA und DrB bezweckt, die Drehrichtung eines durch die Wicklungen erzeugten Magnetfeldes umzukehren. Ein Bezug der Verzögerungen und Voreilungen auf die zu den Signalen CS-A und CS-B umgekehrten Signale bezweckt, ein umgekehrt gerichtetes Drehmoment T in die gewünschte Richtung zu lenken, um den Treiber in der negativen Richtung anzutreiben.
Wie in dieser vierten beispielhaften Ausführungsform erörtert, wird es, indem 1) die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b zur Verfügung gestellt werden, die die Erregungszeitpunkte so steuern, dass Signale, die die Erregung für den Antrieb des Treibers wirksam wechseln können, als Erregersignale aus den Signalen DrA, DrB und den Signalen CS-A, CS-B ausgewählt werden, und 2) der Erregungsstromregler 7 zur Verfügung gestellt wird, der den maximalen Erregerstrom der Wicklungen dem Phasenunterschied zwischen den Signalen CS-A, CS-B und den Signalen DrA, DrB entsprechend steuert, der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung ermöglicht, den Gleichlaufverlust gründlich zu vermeiden und gleichzeitig die Vibrationen, Geräusche und Drehgeschwindigkeitschwankungen des Motors zu verringern. Der Erregerstrom wird auf ein auf die Frequenz des Antriebsbefehlssignals oder die Belastung des Motors reagierendes, zweckmässiges Niveau gesteuert, wodurch der Wirkungsgrad des Motors wesentlich erhöht wird.
(Beispielhafte Ausführungsform 5)
21 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der fünften beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 21 sind der Zweiphasenmotor 1, die Erreger 2a und 2b, die Positionsdetektoren 3a und 3b die gleichen wie die in der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform.
Die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b empfangen Positionserkennungssignale CS-A und CS-B von den Positionsdetektoren 3a und 3b sowie Antriebsbefehlssignale DrA und DrB und geben dann Signale an die Eingänge IN-A und IN-B der Erreger 2a und 2b aus.
Die in 21 veranschaulichte fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von dem in 73 gezeigten ersten herkömmlichen Beispiel im folgenden Punkt: Im herkömmlichen Beispiel werden die Antriebsbefehlssignale DrA, DrB direkt den Erregern 2a und 2b zugeführt, während in der fünften Ausführungsform die Erregersignale IN-A und IN-B den Erregern 2a und 2b zugeführt werden, nachdem sie mit der Information der Positionserkennungssignale CS-A und CS-B einer Kontrolle ihres zeitlichen Ablaufs durch die Anregungszeitpunktregler 4a und 4b unterworfen worden sind.
Die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b werden hierunter beschrieben. Die Regler 4a und 4b sind identisch, daher wird hier für beide nur der Regler 4a beschrieben.
Wie in 21 gezeigt, umfasst der Erregungszeitpunktregler 4a einen Verzögerungssignalwähler 5a, einen Abweichungsdetektor 20a und einen Erregersignalwähler 14a.
Der Verzögerungssignalwähler 5a empfängt das Positionserkennungssignal CS-A und das Antriebsbefehlssignal DrA als Eingangssignale CS-Ad und CK-Ad und gibt von CS-Ad und CK-Ad das später ankommende Signal aus, wenn der Schrittmotor in der positiven Richtung angetrieben wird. Der Wähler 5a gibt von dem Signal CK-Ad und einem zum Signal CS-Ad umgekehrten Signal das später ankommende Signal aus, wenn der Schrittmotor in der negativen Richtung angetrieben wird.
Der Abweichungsdetektor 20a empfängt das Positionserkennungssignal CS-A und das Antriebsbefehlssignal DrA als Eingangssignale CS-Ap und CK-Ap und erkennt einen Unterschied zwischen den Impulszahlen dieser Signale, d.h. eine Abweichung. In anderen Worten ordnet dieser Abweichungsdetektor den Zustand des Motors je nach dem Unterschied zwischen den Impulszahlen, d.h. der Abweichung, den folgenden drei Zuständen zu: einem ersten Zustand, in dem die Abweichung in einen gegebenen Bereich fällt; einem zweiten Zustand, in dem die Abweichung ausserhalb des gegebenen Bereichs liegt und ein vorwärts gerichtetes Drehmoment erforderlich ist, das den Treiber des Schrittmotors veranlasst, sich in positiver Richtung zu bewegen, damit die Abweichung in den gegebenen Bereich fällt, und einem dritten Zustand, in dem die Abweichung ausserhalb des gegebenen Bereichs liegt und ein rückwärts gerichtetes Drehmoment erforderlich ist, das den Treiber veranlasst, sich in negativer Richtung zu bewegen, damit die Abweichung in den gegebenen Bereich fällt. Konkreter umfasst der Abweichungsdetektor 20a, wie in 21 gezeigt, einen Abweichungszähler 10a zur Zählung der Abweichung und einen Ermittler 11a, um festzustellen, ob ein Ausgangssignal, d.h. die Abweichung, vom Zähler 10a in den ersten oder zweiten Zustand fällt.
Der Erregersignalwähler 14a, der auf der Basis eines Erkennungsergebnisses des Abweichungsdetektors 20a aus einem vom Verzögerungssignalwähler 5a gelieferten Ausgangssignal, aus dem Positionserkennungssignal CS-A und aus dem zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signal CS-A ein Signal auswählt und als Erregersignal IN-A an den Erreger 2a ausgibt. 21 veranschaulicht den Erregersignalwähler 14a konkreter, d.h. der Wähler 14a umfasst die folgenden Elemente:
den Regler 12a, um festzulegen, ob das Positionserkennungssignal CS-A als solches hinausgeht oder ob es, ehe aus hinausgeht, umzukehren ist, und zwar in Abhängigkeit von Ausgangssignalen PCSa und NCSa, die vom Detektor 20a geliefert werden; und
den Wähler 13a, um in Abhängigkeit von einem vom Detektor 20a gelieferten Ausgangssignal Sa entweder das vom Regler 12a gelieferte Signal Ya oder das vom Wähler 5a gelieferte Signal Xa auszuwählen.
In gleicher Weise umfasst der Erregungszeitpunktregler 4b den Verzögerungssignalwähler 5b, den Abweichungsdetektor 20b und den Erregersignalwähler 14b.
Was den in 21 gezeigten Regler 4b betrifft, so werden gleiche Elemente wie im Regler 4a mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und die Zusätze „a" oder „A", die Regler 4a ausdrücken, werden zu „b" oder „B" verändert, um Regler 4b auszudrücken. Dessen Beschreibung wird hier unterlassen.
Eine Wirkungsweise der fünften beispielhaften Ausführungsform mit der oben erörterten Struktur wird hierunter dargestellt.
Verschiedene Beziehungen zwischen der Treiberposition θ und dem Drehmoment T werden in den Zeichnungen beschrieben. Die Richtung der Treiberposition θ und die Richtung, in der das Drehmoment T wirkt, sind in der ersten Ausführungsform definiert worden, und diese Definition wird immer für die Beziehungen in dieser fünften Ausführungsform verwendet.
Der Ausdruck „wenn der Motor angewiesen ist, sich in der positiven (oder negativen) Richtung zu drehen" bedeutet, dass ein Antriebsbefehlssignal den Motor anweist, sich in der positiven (oder negativen) Richtung zu drehen. Der Antriebsrichtungsbefehl wird bekanntermassen durch die Phasenbeziehung zwischen den Antriebsbefehlssignalen DrA und DrB bestimmt.
Der Ausdruck „wenn der Motor in der positiven (oder negativen) Richtung angetrieben wird" bedeutet, dass sich der Motor tatsächlich in der positiven (oder negativen) Richtung dreht. Die tatsächliche Drehrichtung wird bekanntermassen durch die Phasenbeziehung zwischen den Positionserkennungssignalen CS-A und CS-B erkannt.
Die Beziehung zwischen den Signalen CS-A, CS-B und dem durch Erregung der entsprechenden Phasenwicklungen erzeugten Drehmoment T ist die gleiche wie die in der in den 2A und 2B veranschaulichten ersten Ausführungsform beschriebenen.
Ein erster Fall, wenn der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen, wird hier dargelegt. In diesem Fall sind drei bereits in der Beschreibung des Abweichungsdetektor 20a beschriebene Zustände verfügbar.
Der erste Zustand, in dem die Abweichung zwischen den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B und den Antriebsbefehlssignalen DrA, DrB in den gegebenen Bereich fällt, wird beschrieben. In anderen Worten findet es sich im ersten Zustand, dass Signale CS-A, CS-B mit den Signalen DrA, DrB synchron sind und der Motor unter dieser Bedingung von sich aus richtig arbeitet und funktioniert.
Eine Wirkungsweise in diesem ersten Zustand wird unter Bezugnahme auf 21, 22A und 22B beschrieben.
Wenn die Signale CS-A, CS-B mit den Signalen DrA, DrB synchron sind, dann ändern sich diese Signale wechselweise und kommen an den Eingängen CS-Ap, CS-Bp, CK-Ap und CK-Bp der Abweichungsdetektoren 20a und 20b sowie an den Eingängen CS-Ad, CS-Bd, CK-Ad und CK-Bd der Verzögerungssignalwähler 5a und 5b an.
Unter dieser Bedingung zählt der Abweichungszähler 10a, der eines der Elemente ist, aus denen der Abweichungsdetektor 20a besteht, bei jeder Änderung des Eingangssignals CK-Ap seinen Ausgangswert um eins vorwärts, wenn der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen, aber der Zähler 10a zählt seinen Ausgangswert bei jeder Änderung des Eingangssignals CS-Ap um eins rückwärts, wenn der Motor in der positiven Richtung angetrieben wird. Wenn der Motor in der negativen Richtung angetrieben wird, zählt Zähler 10a bei jeder Änderung des Eingangssignals CS-Ap um eins vorwärts.
Der Abweichungszähler 10a mit der oben erörterten Struktur gibt wechselweise „+1, 0" oder „–1, 0" aus, wenn er die sich abwechselnd ändernden Signale CS-A und DrA empfängt.
Im Ermittler 11a, der eines der Elemente ist, aus denen der Detektor 20a besteht, bleiben die Flipflops FF1 und FF2 auf dem Niveau L, da sie weder gesetzt noch zurückgesetzt werden. Indessen sind die Flipflops FF1 und FF2 auf einer anfänglichen Stufe zurückgesetzt worden, und ihre Ausgänge sind auf dem Niveau L geblieben. Im Ergebnis liegen die Ausgangssignale PCSa, NCSa und Sa alle auf dem Niveau L. Im ersten Zustand wirkt der Abweichungsdetektor 20a so, dass die Ausgangssignale PCSa, NCSa und Sa alle zum Niveau L zurückkehren.
Der Abweichungszähler 10b und der Ermittler 11b, die beide den Abweichungsdetektor 20b bilden, wirken in der gleichen Weise. Im ersten Zustand wirkt der Detektor 20b ebenfalls so, dass die Ausgangssignale PCSb, NCSb und Sb alle zum Niveau L zurückkehren.
Wenn die Ausgangssignale Sa, Sb von den Abweichungsdetektoren 20a und 20b sich auf dem Niveau L befinden, wählen die Erregersignalwähler 14a und 14b die von den Verzögerungssignalwählern 5a und 5b gelieferten Signale und geben sie als Erregersignale IN-A, IN-B aus. Indessen sind die Ausgangssignale der Wähler 5a und 5b den Wählern 13a und 13b als Eingangssignale Xa, Xb zugeführt worden.
Somit wirken im ersten Zustand die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b so, dass die Ausgangssignale von den Wählern 5a und 5b als die Erregersignale IN-A und IN-B wirken.
22A und 22B veranschaulichen die Wirkungsweise im ersten Zustand und konzentrieren sich auf die in 2A und 2B gezeigten Perioden X1 und X2.
22A zeigt konkret die Wirkungsweise, wenn die Antriebsbefehlssignale DrA, DrB gegenüber den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B phasenverzögert sind (wenn die Signale DrA, DrB eine niedrige Frequenz haben oder eine geringe Belastung tragen, sind diese Signale im Allgemeinen verzögert). 22B zeigt die Wirkungsweise, wenn die Antriebsbefehlssignale DrA, DrB gegenüber den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B in ihrer Phase voreilen (wenn die Signale DrA, DrB eine hohe Frequenz haben oder eine grosse Belastung tragen, eilen diese Signale im Allgemeinen vor).
Zuerst geben die Verzögerungssignalwähler 5a und 5b in 22A, da die Signale DrA, DrB gegenüber den Signalen CS-A, CS-B verzögert sind, Signale mit dem gleichen Takt wie die Signale DrA, DrB aus. Die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b wirken daher so, dass die Erregersignale IN-A, IN-B mit dem gleichen Takt wie die Signale DrA, DrB geliefert werden. Im Ergebnis wird die Erregung der Antriebswicklungen zu den Zeitpunkten t11, t21, t31 usw. gewechselt.
Um den Zeitpunkt t21 herum befinden sich zum Beispiel die Signale IN-A, IN-B gerade vor dem Zeitpunkt t21 auf dem Niveau L, daher wirkt ein Drehmoment T auf den Treiber, das als „–Ta – Tb" ausgedrückt wird, während die Signale IN-A, IN-B sich gerade nach dem Zeitpunkt t21 auf dem Niveau H befinden, so dass ein Drehmoment T, das als „Ta – Tb" ausgedrückt wird, auf den Treiber wirkt.
Der Erregungswechsel zum Zeitpunkt t21 wirkt, wie in 22A gezeigt, so, dass das Drehmoment zur Vorwärtsrichtung gewendet wird. Daher ist der Erregungswechsel auch wirksam, damit der Treiber in der positiven Richtung angetrieben wird. Diese Vorgänge sind auch zu Zeitpunkten t11 und t31 ersichtlich.
Wenn Signale DrA und DrB gegenüber den Signalen CS-A, CS-B phasenverzögert geliefert werden, bewirkt der Erregungswechsel, dass der Treiber wie im herkömmlichen Schrittmotor angetrieben wird.
Auf der anderen Hand geben in 22B die Verzögerungssignalwähler 5a und 5b Signale im gleichen Takt aus wie die Signale CS-A und CS-B, da die Signale CrA und DrB gegenüber den Signalen CS-A und CS-B voreilen. Die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b wirken daher so, dass die Erregersignale IN-A und IN-B im gleichen Takt wie die Signale CS-A und CS-B geliefert werden. Im Ergebnis wird die Erregung der Antriebswicklungen zu den Zeitpunkten t12, t22, t32 usw. gewechselt.
Die in 22B gezeigte Wirkungsweise unterscheidet sich von der in 22A gezeigten in den Zeitpunkten, indem nämlich die Erregung nicht zu den Zeitpunkten t11, t21 und t31 gewechselt wird (d.h. zu den Zeitpunkten, an denen sich die Signale DrA und DrB ändern), sondern zu den Zeitpunkten t12, t22 und t32 (d.h. zu den Zeitpunkten, an denen sich die Signale CS-A und CS-B ändern).
Wenn die Signale DrA und DrB bezüglich ihrer Phase vor den Signalen CS-A und CS-B geliefert werden und die Erregungen in dieser Situation wie in 22A gezeigt zu den Zeitpunkten t11, t21 und t31 gewechselt werden, wendet sich das Drehmoment an dem mit x markierten Punkt in 22B. Diese Drehmomentenumkehr weist in die umgekehrte Richtung und ist für einen Antrieb des Treibers in der positiven Richtung ungünstig.
Die Wiederholung einer solchen Operation würde einen Gleichlaufverlust verursachen, wie in den herkömmlichen Beispielen beschrieben. Der in 22B gezeigte Zeitpunkt t21F ist der Punkt, an dem die Änderungen des Signals DrA zeitlich vorgezogen werden. An diesem Punkt weist der Wert des Drehmoments in die umgekehrte Richtung, was die Wahrscheinlichkeit eines Gleichlaufverlusts weiter erhöht.
Wenn die Signale DrA und DrB bezüglich ihrer Phase vor den Signalen CS-A und CS-B geliefert werden, wird die Erregung den Zeitpunkten folgend gewechselt, an denen sich die Signale CS-A und CS-B ändern, um dieses herkömmliche Problem zu bewältigen.
Im ersten Zustand wirken, wie oben erörtert, die Erregungszeitregler 4a und 4b so, dass die Ausgangssignale der Verzögerungssignalwähler 5a und 5b als die Erregersignale IN-A und IN-B wirken und dadurch den Motor steuern.
Im Ergebnis erlauben es die Verzögerungssignalwähler 5a und 5b, dass die Signale DrA und DrAB als die Erregersignale IN-A und IN-B wirken, wenn die Signale DrA und DrB eine niedrige Frequenz oder eine geringe Belastung aufweisen, d.h. wenn die Signale DrA und DrB bezüglich ihrer Phase gegenüber den Signalen CS-A und CS-B verzögert geliefert werden, so dass der Schrittmotor einem herkömmlichen Schrittmotor gleichwertig arbeitet.
Wenn die Signale DrA und DrB eine hohe Frequenz oder eine hohe Belastung aufweisen, d.h. wenn die Signale DrA und DrB bezüglich ihrer Phase gegenüber den Signalen CS-A und CS-B voreilend geliefert werden, wendet sich das Drehmoment zu den Zeitpunkten t12, t22 und t32 in 22B, da die Verzögerungssignalwähler 5a und 5b es erlauben, dass die Signale CS-A und CS-B als die Erregersignale IN-A und IN-B wirken, so dass das maximale Drehmomentenniveau für einen Antrieb des Treibers in der positiven Richtung erhalten wird. Im Ergebnis ist die Wahrscheinlichkeit für einen Gleichlaufverlust gründlich eliminiert.
Der zweite Zustand wird hierunter beschrieben.
Im zweiten Zustand liegt die Abweichung zwischen den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B und den Antriebsbefehlssignalen DrA, DrB ausserhalb des gegebenen Bereichs. Dann ist ein Vorwärts-Drehmoment, das den Treiber in die positive Richtung leitet, erforderlich, damit die Abweichung in den gegebenen Bereich fällt.
In anderen Worten tritt der zweite Zustand in den folgenden Fällen auf:
die Signale DrA, DrB haben eine hohe Frequenz;
die Frequenz der Signale DrA, DrB springt auf ein höheres Niveau;
der Motor ist hoch belastet;
die Last am Motor springt auf ein höheres Niveau; oder
der Treiber unterschreitet die Position.
Dieser zweite Zustand bedeutet, dass die Signale DrA und DrB in einer grösseren Anzahl als die Signale CS-A und CS-B geliefert werden. Wenn der Motor in diesen Zustand gerät, sollte ein Vorwärts-Drehmoment sofort an den Motor angelegt werden, um ihn zu beschleunigen, damit er zum ersten Zustand zurückkehren kann, wodurch gewährleistet wird, dass der Motor richtig funktioniert.
Die Wirkungsweise im zweiten Zustand wird hierunter unter Bezugnahme auf 21 und 23 dargestellt.
Wenn die Signale DrA und DrB wegen der oben aufgeführten Faktoren in einer grösseren Anzahl als die Signale CS-A und CS-B geliefert werden, nehmen die Ausgangssignale der Abweichungszähler 10a und 10b, aus denen die Abweichungsdetektoren 20a und 20b bestehen, einen Wert von „+2" oder von mehr als „+2" an, wobei „+1" überschritten wird. Dann legt der Ermittler 11a, der ebenfalls eines der Elemente des Detektors 20a ist, die Ausgangssignale PCSa, NCSa und Sa auf die Niveaus H, L bzw. H, weil der Flipflop FF1 im Ermittler 11a so gesetzt ist, dass sein Ausgangssignal auf das Niveau H gelegt wird.
In diesem zweiten Zustand wirkt der Abweichungsdetektor 20a so, dass seine Ausgangssignale PCSa, NCSa und Sa die Niveaus H, L bzw. H annehmen. Dieser zweite Zustand bleibt erhalten, bis das Ausgangssignal des Abweichungszählers 10a zu null „0" zurückkehrt und der Flipflop FF1 zurückgesetzt ist, wodurch der erste Zustand an die Stelle dieses zweiten Zustands tritt.
Der Ermittler 11b, aus dem der Abweichungsdetektor 20b besteht, wirkt in der gleichen Weise. Detektor 20b wirkt ebenfalls so, dass seine Ausgangssignale PCSb, NCSb und Sb die Niveaus H, L bzw. H annehmen. Wenn, wie oben erörtert, die Ausgangssignale Sa und Sb von den Detektoren 20a und 20b das Niveau H annehmen, wählen die Erregersignalwähler 14a und 14b die an die Eingänge Ya und Yb der Wähler 13a und 13b gelieferten Signale und geben sie als die Erregersignale IN-A und IN-B aus.
Die Wähler 13a und 13b empfangen die von den Reglern 12a und 12b gelieferten Eingangssignale Ya und Yb, wobei die Regler kontrollieren, ob die Positionserkennungssignale CS-A und CS-B als solche hinausgehen oder vor ihrem Hinausgehen umgekehrt werden sollten. Regler 12a und 12b lassen die Signale CS-A und CS-B als solche hinausgehen, wenn die Ausgangssignale PCSa, NCSa und PCSb, NCSb der Detektoren 20a und 20b sich auf den Niveaus H bzw. L befinden.
Die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b erlauben es daher, dass die Positionserkennungssignale CS-A und CS-B im zweiten Zustand als Erregersignale IN-A und IN-B wirken.
23 veranschaulicht eine Operation im zweiten Zustand und konzentriert sich auf einen Übergang vom ersten zum zweiten Zustand während der Perioden X1 und X2.
In 23 ändert sich das Antriebsbefehlssignal DrA zweimal, nämlich zu den Zeitpunkten ta1 und ta2, wenn das Positionserkennungssignal CS-A auf dem Niveau H bleibt. Die Änderung beim zweiten Zeitpunkt ta2 erlaubt es dem Abweichungsdetektor 20a, den zweiten Zustand zu erkennen und Signale PCSa, NCSa und Sa auf die Niveaus H, L bzw. H zu bringen.
Phase A wird somit zum Zeitpunkt ta2 vom ersten zum zweiten Zustand verändert. Um den Zeitpunkt ta2 herum ändert sich das Erregersignal IN-A von einem Ausgangssignal des Verzögerungssignalwählers 5a zu Signalen CS-A. (Da im Falle der 23 das Signal CS-A gegenüber dem Signal DrA verzögert ist, gibt der Wähler 5a CS-A aus.)
In der gleichen Weise ändert sich das Signal DrB zweimal, nämlich zu den Zeitpunkten tb1 und tb2, wenn das Positionserkennungssignal CS-B auf dem Niveau L bleibt. Die Änderung beim zweiten Zeitpunkt tb2 erlaubt es dem Abweichungsdetektor 20b, den zweiten Zustand zu erkennen und Signale PCSb, NCSb und Sb auf die Niveaus H, L bzw. H zu bringen. Phase B wird somit zum Zeitpunkt tb2 vom ersten zum zweiten Zustand verändert.
Um den Zeitpunkt tb2 herum ändert sich das Erregersignal IN-B von einem Ausgangssignal des Verzögerungssignalwählers 5b zu Signalen CS-B. (Da im Falle der 23 das Signal CS-B gegenüber dem Signal DrB verzögert ist, gibt der Wähler 5b CS-B aus.)
Im zweiten Zustand machen die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b also die Signale CS-A und CS-B zu den Erregersignalen IN-A und IN-B und steuern dadurch den Schrittmotor.
Wenn wegen der zuvor erörterten Faktoren der Schrittmotor vom ersten in den zweiten Zustand gerät, kann die Erregung der Wicklungen ohne Verringerung des Drehmoments T gewechselt werden, und der Treiber kann beschleunigt werden, um sich in der positiven Richtung zu drehen, während das maximale Drehmomentenniveau gehalten wird.
Der Schrittmotor kehrt zu seiner Wirkungsweise zurück, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind, wie in 22A und 22B gezeigt: a) der Schrittmotor ist genügent stark in der positiven Richtung beschleunigt worden; b) wenn Signale CS-A und CS-B während einer Periode, in der die Signale DrA und DrB auf einem Niveau von L oder H bleiben und die Abweichungszähler 10a und 10b wieder null „0" ausgeben, verschieben sich Phasen A und B dann vom zweiten in den ersten Zustand. Kurz gesagt, wird der Schrittmotor schliesslich so angetrieben, dass er in dem Zustand funktioniert, in dem Signale DrA und DrB mit den Signalen CS-A und CS-B synchron sind, um die ursprünglichen Funktionen des Schrittmotors zu erfüllen.
Beim Übergang vom ersten zum zweiten Zustand und umgekehrt besteht keine Möglichkeit, dass der Schrittmotor Gleichlauf verliert.
Der dritte Zustand wird hierunter dargestellt. Im dritten Zustand liegt die Abweichung zwischen den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B und den Antriebsbefehlssignalen DrA, DrB ausserhalb des gegebenen Bereichs. Dann ist ein umgekehrtes Drehmoment, das den Treiber in die negative Richtung weist, erforderlich, damit diese Abweichung in den gegebenen Bereich fällt.
In anderen Worten fällt der Schrittmotor in den dritten Zustand, wenn einer der folgenden Faktoren auftritt:
die Frequenz der Signale DrA, DrB sinkt plötzlich;
die Belastung des Motors sinkt plötzlich;
ein Befehl für die Antriebsrichtung wird umgekehrt; oder
der Treiber überschreitet die Position.
In diesem dritten Zustand werden die Signale CS-A und CS-B in einer grösseren Anzahl als die Signale DrA und DrB geliefert. Wenn der Schrittmotor in den dritten Zustand fällt, sollte ein Rückwärtsdrehmoment sofort an den Motor angelegt werden, um die Geschwindigkeit zu verringern, damit der Motor zum ersten Zustand zurückkehrt, in dem er richtig funktioniert.
Die Wirkungsweise im dritten Zustand wird hierunter unter Bezugnahme auf 21 und 24 beschrieben.
Wenn die Signale CS-A und CS-B wegen der oben aufgeführten Faktoren in einer grösseren Anzahl als die Signale DrA und DrB geliefert werden, nehmen die Ausgangssignale der Abweichungszähler 10a und 10b, aus denen die Abweichungsdetektoren 20a und 20b bestehen, einen Wert von „–2" oder von weniger als „–2" an, wobei „–1" unterschritten wird. Dann legt der Ermittler 11a, der ebenfalls eines der Elemente des Detektors 20a ist, die Ausgangssignale PCSa, NCSa und Sa auf die Niveaus L, H bzw. H, weil der Flipflop FF2 im Ermittler 11a so gesetzt ist, dass sein Ausgangssignal auf das Niveau H gelegt wird.
In diesem dritten Zustand bringt der Abweichungsdetektor 20a seine Ausgangssignale PCSa, NCSa und Sa auf die Niveaus L, H bzw. H. Dieser dritte Zustand bleibt erhalten, bis das Ausgangssignal des Abweichungszählers 10a zu null „0" zurückkehrt und der Flipflop FF2 zurückgesetzt ist, wodurch der erste Zustand an die Stelle dieses dritten Zustands tritt.
Der Ermittler 11b, aus dem der Abweichungsdetektor 20b besteht, wirkt in der gleichen Weise. Detektor 20b bringt ebenfalls seine Ausgangssignale PCSb, NCSb und Sb auf die Niveaus L, H bzw. H. Wenn, wie oben erörtert, die Ausgangssignale Sa und Sb von den Detektoren 20a und 20b das Niveau H annehmen, wählen die Erregersignalwähler 14a und 14b die an die Eingänge Ya und Yb der Wähler 13a und 13b gelieferten Signale und geben sie als die Erregersignale IN-A und IN-B aus.
Die Wähler 13a und 13b empfangen die von den Reglern 12a und 12b gelieferten Eingangssignale Ya und Yb, wobei die Regler kontrollieren, ob die Positionserkennungssignale CS-A und CS-B als solche hinausgehen oder vor ihrem Hinausgehen umgekehrt werden sollten. Regler 12a und 12b lassen die Signale CS-A und CS-B umkehren, ehe sie hinausgehen, wenn die Ausgangssignale PCSa, NCSa und PCSb, NCSb der Detektoren 20a und 20b sich auf den Niveaus L bzw. H befinden.
Die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b erlauben es daher, dass die zu CS-A und CS-B umgekehrten Signale im dritten Zustand als Erregersignale IN-A und IN-B wirken.
24 veranschaulicht eine Operation im dritten Zustand und konzentriert sich auf einen Übergang vom ersten zum dritten Zustand während der Perioden X1 und X2.
In 24 ändert sich das Positionserkennungssignal CS-A zweimal, nämlich zu den Zeitpunkten ta1 und ta2, während das Antriebsbefehlssignal DrA auf dem Niveau L bleibt. Die Änderung beim zweiten Zeitpunkt ta2 erlaubt es dem Abweichungsdetektor 20a, den dritten Zustand zu erkennen und Signale PCSa, NCSa und Sa auf die Niveaus L, H bzw. H zu bringen.
Phase A wird somit zum Zeitpunkt ta2 vom ersten zum dritten Zustand verändert. Um den Zeitpunkt ta2 herum ändert sich das Erregersignal IN-A von einem Ausgangssignal des Verzögerungssignalwählers 5a zu einem zum Signal CS-A umgekehrten Signal. (Da im Falle der 24 das Signal DrA gegenüber dem Signal CS-A verzögert ist, gibt der Wähler 5a DrA aus.)
In der gleichen Weise ändert sich das Signal CS-B zweimal, nämlich zu den Zeitpunkten tb1 und tb2, während das Signal DrB auf dem Niveau L bleibt. Die Änderung beim zweiten Zeitpunkt tb2 erlaubt es dem Abweichungsdetektor 20b, den dritten Zustand zu erkennen und Signale PCSb, NCSb und Sb auf die Niveaus L, H bzw. H zu bringen. Phase B wird somit zum Zeitpunkt tb2 vom ersten zum dritten Zustand verändert.
Um den Zeitpunkt tb2 herum ändert sich das Erregersignal IN-B von einem Ausgangssignal des Verzögerungssignalwählers 5b zu Signalen, die zu CS-B umgekehrt sind. (Da im Falle der 24 das Signal DrB gegenüber dem Signal CS-B verzögert ist, gibt der Wähler 5b DrB aus.)
Im dritten Zustand machen die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b also die zu CS-A und CS-B umgekehrten Signale zu den Erregersignalen IN-A und IN-B und steuern dadurch den Schrittmotor.
Wenn wegen der zuvor erörterten Faktoren der Schrittmotor vom ersten in den dritten Zustand gerät, kann das Drehmoment T an den Treiber angelegt werden, so dass der Treiber, ohne Gleichlauf zu verlieren, seine Geschwindigkeit verringert.
Der Schrittmotor kehrt durch die folgenden Schritte zu seiner Wirkungsweise zurück, wie in 22A und 22B gezeigt: der Treiber wird genügend stark verlangsamt, und die Signale DrA und DrB ändern sich während einer Periode, in der die Signale CS-A und CS-B auf einem Niveau von L oder H bleiben, zweimal oder öfter, und die Abweichungszähler 10a und 10b geben wieder null „0" aus. Phasen A und B verschieben sich dann vom dritten in den ersten Zustand. Kurz gesagt, wird der Schrittmotor schliesslich so angetrieben, dass er in dem Zustand funktioniert, in dem Signale DrA und DrB mit den Signalen CS-A und CS-B synchron sind, um die ursprünglichen Funktionen des Schrittmotors zu erfüllen.
Beim Übergang vom ersten zum dritten Zustand und umgekehrt besteht keine Möglich keit, dass der Schrittmotor Gleichlauf verliert.
Bis hierher wurde der Fall erörtert, wo der Motor angeweisen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen. Als Nächstes wird hierunter ein Fall erörtert, wo der Motor angewiesen ist, sich in der negativen Richtung zu drehen. Dieser Fall ist im Wesentlichen der gleiche wie der Fall der positiven Richtung, auch hier gibt es den ersten, zweiten und dritten Zustand.
Daher werden nur Punkte erörtert, die sich vom Fall einer Anweisung in der positiven Richtung unterscheiden, und eingehende Beschreibungen werden hier unterlassen.
Wenn der Motor angewiesen ist, sich in der negativen Richtung zu drehen, dann sollten die Beziehungen von Phasenverzögerung und Phasenvoreilung bei den Signalen DrA und DrB umgekehrt werden, um die Drehrichtung des von den Wicklungen erzeugten Magnetfeldes umzukehren.
Bei der Funktion der Verzögerungssignalwähler 5a und 5b sollten die Verzögerung und die Voreilung der Signale DrA und DrB gegenüber den Signalen CS-A und CS-B auf die zu den Signalen CS-A und CS-B umgekehrten Signale bezogen werden. In anderen Worten wirken die Wähler 5a und 5b so, dass sie die verzögerten Signale zwischen den Signalen DrA, DrB und den Signalen CS-A, CS-B ausgeben. Diese Wirkungsweise ermöglicht es, das zum Drehmoment T umgekehrte Drehmoment in einer gewünschten Richtung zu lenken, um den Treiber in der negativen Richtung anzutreiben.
Des Weiteren zählen die Abweichungszähler 10a und 10b ihre Ausgabewerte jedesmal dann um eins rückwärts, wenn sich die Eingangssignale CK-Ap und CK-Bp ändern. In Fällen, wo der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen, zählt jeder Zähler jedesmal dann um eins rückwärts, wenn sich das Eingangssignal CS-Ap ändert. In Fällen, wo der Motor angewiesen ist, sich in der negativen Richtung zu drehen, zählt jeder Zähler immer dann um eins vorwärts, wenn sich das Signal CS-Ap ändert. Diese Rück- und Vorwärtszählungen sind die gleichen wie diejenigen, die erfolgen, wenn der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen.
Obwohl es, wie oben erörtert, einige kleinere Unterschiede gibt, ist die Funktion in diesem Falle im Wesentlichen die gleiche wie in dem Falle, wenn der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen.
25A und 25B veranschaulichen die Wirkungsweise im ersten Zustand des Falles, wo der Motor angewiesen ist, sich in der negativen Richtung zu drehen. Der einzige Unterschied zwischen den 25A und 25B und den vorhergehenden Zeichnungen besteht darin, dass die Bewegung des Treibers in der negativen Richtung der Richtung nach rechts entspricht. Durch Einführung dieses Unterschiedes veranschaulichen 25A und 25B jedoch gut, dass ein umgekehrtes Drehmoment nach und nach in ein Drehmoment der gewünschten Richtung übergeht, so dass der Motor glatt in die negative Richtung getrieben wird. In diesem Falle wird der Erregungswechsel ausgeführt, ohne dass ein Gleichlaufverlust zu befürchten wäre.
In Fällen, in denen der Motor angewiesen ist, sich in der negativen Richtung zu drehen, gelangt der Motor in den zweiten Zustand, wenn sich ein Vorgang ereignet, der dem dritten Zustand entspricht, während der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen.
In anderen Worten, wenn einer der folgenden Faktoren eintritt:
die Frequenz der Signale DrA, DrB sinkt plötzlich ab;
die Belastung des Motors sinkt plötzlich ab;
ein Antriebsrichtungsbefehl wird umgekehrt; oder
der Treiber überschreitet die Position in der negativen Richtung.
Wenn der Motor in diesen zweiten Zustand gelangt, sollte sofort ein Vorwärts-Drehmoment an den Motor angelegt werden, damit der Motor in der positiven Richtung beschleunigt wird (wenn die negative Richtung als Bezugsrichtung angesehen wird, sollte der Motor verlangsamt werden), wodurch er in den ersten Zustand zurückkehrt, wo er richtig funktioniert. Dies ist die gleiche Wirkungsweise wie in dem Fall, wenn der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen.
In Fällen, in denen der Motor angewiesen ist, sich in der negativen Richtung zu drehen, gelangt er Motor in den dritten Zustand, wenn sich ein Vorgang ereignet, der dem zweiten Zustand entspricht, während der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen. In anderen Worten, wenn einer der folgenden Faktoren eintritt:
Signale DrA und DrB haben eine hohe Frequenz;
die Frequenz der Signale DrA, DrB springt auf ein höheres Niveau;
der Motor ist schwer belastet;
die Belastung des Motors springt auf ein höheres Niveau; oder
der Treiber unterschreitet die Position in der positiven Richtung.
Wenn der Motor in diesen dritten Zustand gelangt, sollte sofort ein Rückwärts-Drehmoment an den Motor angelegt werden, damit der Motor in der negativen Richtung verlangsamt wird (wenn die negative Richtung als Bezugsrichtung betrachtet wird, sollte der Motor beschleunigt werden), wodurch der Motor zum ersten Zustand zurückkehrt, wo er richtig funktioniert. Dies ist die gleiche Wirkungsweise wie in Fällen, in denen der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen.
Die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der fünften beispielhaften Ausführungsform hat, wie oben erörtert, eine Struktur, um wie folgt zu wirken:
Die Verzögerungssignalwähler 5a und 5b geben ein Signal mit einem verzögernden Eingabezeitpunkt zwischen den Antriebsbefehlssignalen DrA, DrB und den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B aus, wenn der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen. Andererseits geben die Wähler 5a und 5b ein Signal mit einem verzögernden Eingabezeitpunkt zwischen den Signalen DrA, DrB und den zu CS-A, CS-B umgekehrten Signalen aus, wenn der Motor angewiesen ist, sich in der negativen Richtung zu drehen.
Abweichungsdetektoren 20a und 20b erkennen, ob die Abweichung in den gegebenen Bereich fällt (erster Zustand), ob sie ausserhalb des gegebenen Bereichs liegt und der Motor ein Vorwärts-Drehmoment erfordert, das den Treiber in die positive Richtung lenkt, damit diese Abweichung in den Bereich fällt (zweiter Zustand), oder ob sie ausserhalb des gegebenen Bereichs liegt und der Motor ein Rückwärts-Drehmoment erfordert, das den Treiber in die negative Richtung lenkt, damit diese Abweichung in den Bereich fällt (dritter Zustand). Indessen wird die Abweichung als ein Unterschied in der Anzahl von Impulsen zwischen den Signalen DrA, DrB und den Signalen CS-A, CS-B definiert.

Die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b enthalten Wähler 5a und 5b, Detektoren 20a und 20b sowie Erregersignalwähler 14a und 14b. Die Erregersignalwähler 14a und 14b wählen auf der Basis der Ausgangssignale der Detektoren 20a, 20b eines der folgenden Signale als Erregersignale IN-A und IN-B: die Ausgangssignale der Wähler 5a, 5b; die Signale CS-A, CS-B; und zu CS-A, CS-B umgekehrte Signale. Wähler 14a und 14b wirken als Reaktion auf die Erkennung durch Detektoren 20a und 20b wie folgt:

Detektoren 20a und 20b erkennen	Wähler 14a und 14b wählen
1. den ersten Zustand	1. Ausgangssignale der Wähler 5a und 5b als Erregersignale IN-A, IN-B
2. den zweiten Zustand	2. Signale CS-A, CS-B als Erregersignale IN-A, IN-B
3. den dritten Zustand	3. zu CS-A, CS-B umgekehrte Signale als Erregersignale IN-A, IN-B.

Im ersten Zustand, wenn Signale DrA und DrB eine niedrige Frequenz oder eine geringe Belastung haben, lassen die Verzögerungssignalwähler 5a und 5b die Signale DrA, DrB als Erregersignale IN-A, IN-B wirken, so dass der Schrittmotor der vorliegenden Erfindung einem herkömmlichen Schrittmotor gleichwertig funktionieren kann. Die Drehgeschwindigkeit kann daher leicht der Frequenz der Signale DrA, DrB entsprechend gesteuert werden. Folglich können eine Geschwindigkeitssteuerung und eine Positionssteuerung durch ein äusserst einfaches und billiges System erfolgen, was der wichtigste Vorteil des Schrittmotors ist.
Im ersten Zustand, wenn Signale DrA und DrB eine hohe Frequenz haben oder der Motor eine hohe Belastung hat, lassen Wähler 5a und 5b die Signale CS-A und CS-B als die Erregersignale IN-A und IN-B wirken, so dass der Motor einem bürstenlosen Gleichstrommotor gleichwertig funktionieren kann, der im Wesentlichen frei von Gleichlaufverlust ist.
Im zweiten Zustand lässt die oben erörterte Struktur die Signale CS-A und CS-B als Erregersignale IN-A und IN-B wirken, so dass die Erregung der Wicklungen ohne eine Abnahme des Drehmoments T gewechselt werden kann, wenn der Motor vom ersten in den zweiten Zustand übergeht, weil zumindest einer der folgenden Faktoren eintritt:
Signale DrA, DrB haben eine äusserst hohe Frequenz;
die Frequenz von DrA, DrB springt auf ein hohes Niveau;
der Motor hat eine äusserst hohe Belastung;
die Belastung des Motors springt auf ein höheres Niveau; oder
der Treiber unterschreitet die Position.
Im Ergebnis wird der Treiber so beschleunigt, dass er sich in der positiven Richtung dreht, während das maximale Drehmomentenniveau beibehalten wird.
Nachdem der Treiber genügend stark in der positiven Richtung beschleunigt worden ist, wird der Schrittmotor schliesslich in den ersten Zustand zurückgebracht, in dem er richtig funktioniert.
Beim Übergang vom ersten zum zweiten Zustand oder umgekehrt besteht keine Möglichkeit, dass der Schrittmotor Gleichlauf verliert.
Wenn der Schrittmotor wegen der zuvor erörterten Faktoren aus dem ersten in den dritten Zustand gelangt, werden die zu den Signalen CS-A, CS-B umgekehrten Signale als Erregersignale IN-A, IN-B gewählt. Dann kann ein Drehmoment T so an den Treiber angelegt werden, dass der Treiber die Geschwindigkeit ohne Gleichlaufverlust verringert.
Der Treiber wird genügend stark verlangsamt, dann kehrt der Motor zum ersten Zustand zurück, in dem er richtig funktionieren kann. Beim Übergang vom ersten zum dritten Zustand oder umgekehrt besteht keine Möglichkeit, dass der Schrittmotor Gleichlauf verliert.
Im Abweichungsdetektor 20a gemäss dieser fünften Ausführungsform zählt der Abweichungszähler 10a seinen Ausgangswert jedesmal, wenn sich das Eingangssignal CK-Ap ändert, um eins rückwärts, wenn der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen. In Fällen, in denen der Motor angewiesen ist, sich in der negativen Richtung zu drehen, zählt der Zähler 10a jedesmal, wenn sich das Eingangssignal CK-Ap ändert, um eins vorwärts. In Fällen, in denen der Motor in der positiven Richtung angetrieben wird, zählt Zähler 10a jedesmal, wenn das Signal CS-Ap sich ändert, um eins vorwärts, aber er zählt um eins rückwärts, wenn der Motor in der negativen Richtung angetrieben wird.

Der Ermittler 11a kann wie folgt wirken, wobei, wie oben erörtert, die gleiche Motorenleistung bewahrt wird:

Ermittler 11a ermittelt, dass	Das Ausgangssignal des Zählers 10a
1. der Motor sich im ersten Zustand befindet	1. liegt im Bereich von „–1" bis „+1"
2. der Motor sich im zweiten Zustand befindet	2. erreicht „–2" und kehrt dann zu null „0" zurück
3. der Motor sich im dritten Zustand befindet	3. erreicht „+2" und kehrt dann zu null „0" zurück.

Der Abweichungszähler 10b und der Ermitler 11b des Abweichungsdetektors 20b funktionieren in der gleichen Weise.
In dieser fünften Ausführungsform kann der Verzögerungssignalwähler 5a, 5b aus den reziproken Haltespeichern oder den reziproken Signalwählern bestehen, deren Funktionsweise in 26A, 26B, 27A und 27B gezeigt wird. Die reziproken Haltespeicher oder reziproken Signalwähler sind in 6A und 6B gezeigt und in der ersten Ausführungsform beschrieben worden. Sie funktionieren wie folgt:
Zuerst wird die Situation dargestellt, wo der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen.
Wenn der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen, verriegtel bzw. wählt, wie in 26A und 26B gezeigt, jeder reziproke Haltespeicher bzw. reziproke Signalwähler das Niveau der Positionserkennungssignale CS-Ad und CS-Bd zu dem Zeitpunkt, zu dem sich die Antriebsbefehlssignale DrA und DrB, d.h. die Signale CK-Ad und CK-Bd, ändern, und er verriegelt bzw. wählt die Niveaus der Signale DrA und DrB, d.h. der Signale CK-Ad und CK-Bd, zu dem Zeitpunkt, zu dem sich die Positionserkennungssignale CS-A, CS-Bd ändern.
26A veranschaulicht den Fall, in dem die Signale CK-Ad und CK-Bd gegenüber den Signalen CS-Ad und CS-Bd verzögert sind, während 26B den Fall veranschaulicht, in dem die Signale CK-Ad und CK-Bd gegenüber den Signalen CS-Ad und CS-Bd voreilen.
Wie in diesen Figuren gezeigt, sind die von den Erregern 2a, 2b empfangenen Erregersignale IN-A und IN-B von den Signalen CK-Ad, CK-Bd und CS-Ad, CS-Bd die später ankommenden Signale, was beweist, dass die reziproken Haltespeicher bzw. reziproken Signalwähler als Verzögerungssignalwähler 5a und 5b wirken.
Im zweiten Fall, wenn der Motor angewiesen ist, sich in der negativen Richtung zu drehen, verkehrt und verriegelt bzw. verkehrt und wählt, wie in 27A und 27B gezeigt, jeder reziproke Haltespeicher bzw. reziproke Signalwähler das Niveau der Positionserkennungssignale CS-Ad und CS-Bd zu dem Zeitpunkt, zu dem sich die Antriebsbefehlssignale DrA und DrB, d.h. die Signale CK-Ad und CK-Bd, ändern, und er verriegelt bzw. wählt auch die Niveaus der Signale DrA und DrB, d.h. der Signale CK-Ad und CK-Bd, zu dem Zeitpunkt, zu dem sich die Positionserkennungssignale CS-A, CS-Bd ändern.
27A veranschaulicht den Fall, in dem die Signale CK-Ad und CK-Bd gegenüber den zu den Signalen CS-Ad und CS-Bd umgekehrten Signalen verzögert sind, während 27B den Fall veranschaulicht, in dem die Signale CK-Ad und CK-Bd gegenüber den zu den Signalen CS-Ad und CS-Bd umgekehrten Signalen voreilen.
Wie in diesen Figuren gezeigt, sind die von den Erregern 2a, 2b empfangenen Erregersignale IN-A und IN-B von den Signalen CK-Ad, CK-Bd und den zu CS-Ad, CS-Bd umgekehrten Signalen die später ankommenden Signale, was beweist, dass die reziproken Haltespeicher bzw. reziproken Signalwähler als Verzögerungssignalwähler 5a und 5b wirken.
Wie oben erörtert, können die Verzögerungssignalwähler 5a und 5b durch die reziproken Haltespeicher oder durch die reziproken Signalwähler verkörpert werden.
Insbesondere empfangen die reziproken Haltespeicher oder reziproken Signalwähler die Erregersignale IN-A und IN-B nicht, indem sie von Antriebsbefehlssignalen DrA und DrB (d.h. den Signalen CK-Ad und CK-Bd) zu Positionserkennungssignalen CS-Ad und CS-Bd oder umgekehrt wechseln. Daher können, wenn sich eine Verzögerung oder Voreilung zwischen den Antriebsbefehlssignalen und den Positionserkennungssignalen plötzlich umkehrt, die Erregersignale glatt und ohne Unterbrechung weitergeleitet werden. Der Schrittmotor kann somit in einer stabileren Art und Weise gesteuert werden.
In der fünften beispielhaften Ausführungsform kann des Weiteren anstelle eines teuren und sperrigen Kodierers oder Resolvers ein billiges und kompaktes Hall-Element als Positionsdetektoren 3a und 3b verwendet werden. Das Hall-Element verlangt zur Montage auf den Motor weniger Platz, und daher kann eine von Gleichlaufverlust freie Schrittmotor-Antriebsvorrichtung erreicht werden, trotzdem bleibt die Vorrichtung in ihrer Grösse und ihrem Preis mit der herkömmlichen Vorrichtung vergleichbar (kompakt und billig).
Es bedarf keiner Erwähnung, dass der Kodierer oder Resolver ohne jedwede technischen Probleme noch in den Positionsdetektoren 3a und 3b verwendet werden kann.
In der fünften beispielhaften Ausführungsform stehen der Positionsdetektor 3a und der Erregungszeitpunktregler 4a wie auch ihre Gegenstücke, 3b und 4b, für die entsprechenden Phasen (Phase A und Phase B) unabhängig voneinander zur Verfügung. Die Signale der betreffenden Phasen werden daher unabhängig voneinander bezüglich der Steuerung des Erregungszeitpunkts verarbeitet.
Daher ist nicht erforderlich, dass der Erregungszeitpunktregler bei der Signalverarbeitung mit anderen Phasen verkettet ist. Im Ergebnis kann dieser Regler einfach aufgebaut und auch leicht in einem Schrittmotor eingesetzt werden, der eine Anzahl von Phasen besitzt. Denn die Positionsdetektoren und die Erregungszeitpunktregler sind entsprechend der Anzahl der Phasen unabhängig voneinander angeordnet, so dass dieser Regler leicht für einen Schrittmotor verwendet werden kann, der eine Anzahl von Phasen besitzt.
In dieser fünften Ausführungsform wurde ein Zweiphasen-Schrittmotor als Beispiel gewählt; die oben erörterten Strukturen lassen sich aber leicht auf Schrittmotoren mit drei und mehr als drei Phasen anwenden, so dass ein Mehrphasen-Schrittmotor erreicht werden kann, der frei von Gleichlaufverlust ist.
(Beispielhafte Ausführungsform 6)
28 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der sechsten beispielhaften Ausführungsform, wo die Neuartigkeit der vorliegenden Erfindung auf einen Dreiphasen-Schrittmotor angewendet wird.
In 28 empfängt der Antriebsbefehlssignalgenerator 6 für die jeweiligen Phasen ein Antriebsbefehlssignal Dr und ein Antriebsrichtungsbefehlssignal FR für den Motor und erzeugt Antriebsbefehlssignale DrA, DrB und DrC für die betreffenden Phasen. Die Signale DrA, DrB und DrC haben Phasenunterschiede von 120° zwischeneinander. Dieser Signalgenerator 6 kann aus einem Dreiphasen-Ringzähler gebildet sein.
Der Erreger 21 umfasst Erreger 21a, 21b und 21c, die sich auf die entsprechenden Phasen A, B und C beziehen. Diese Erreger funktionieren gleich wie die Erreger 2a und 2b in der in 21 gezeigten fünften Ausführungsform.
Weitere Elemente in 28 sind im Grunde die gleichen wie die in 21, und gleiche Elemente tragen gleiche Bezugszeichen. Da Motor 1 in 28 drei Phasen hat, werden die Elemente für die Steuerung der dritten Phase mit dem Zusatz „c" bezeichnet.
Die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung lässt sich in gleicher Weise auf einen Vier- oder Fünfphasen-Schrittmotor anwenden.
Die Anzahl der Positionsdetektoren erhöht sich mit der höheren Anzahl von Phasen, wodurch sich die Grösse und Kosten erhöhen; die in der zweiten Ausführungsform erörterten Methoden sind aber verfügbar, um die Anzahl der Positionsdetektoren zu verringern.
(Beispielhafte Ausführungsform 7)
29 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der siebenten beispielhaften Ausführungsform.
In 29 sind der Zweiphasen-Schrittmotor 1 und die Positionsdetektoren 3a und 3b mit denen identisch, die in der in 21 gezeigten fünften Ausführungsform verwendet wurden.
Erreger 2a und 2b sind mit den in 76 und 77 des zweiten herkömmlichen Falles gezeigten Erregern 802a und 802b identisch.
Die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b empfangen an ihren Eingängen CS-Ad und CS-Bd die von den Positionsdetektoren 3a und 3b abgegriffenen Positionserkennungssignale CS-A und CS-B. Die Regler 4a und 4b empfangen ferner an ihren anderen Eingängen CK-Ad und CK-Bd die Antriebsbefehlssignale DrA und DrB und geben die entsprechenden Erregersignale an die Eingänge IN-A und IN-B der Erreger 2a und 2b aus. Da die Regler 4a und 4b mit denen identisch sind, die in der in 21 gezeigten fünften Ausführungsform verwendet wurden, wird daher eine eingehende Beschreibung hier unterlassen.
Ein hauptsächlicher Unterschied zwischen dieser Ausführungsform 7 und der Ausführungsform 5 besteht darin, dass ein Erregerstromregler 7 in der Ausführungsform 7 vorgesehen ist.
Dieser Erregerstromregler 7 wird hiernach im Einzelnen beschrieben. Der Regler 7 gibt an die Erreger 2a und 2b als Stromwertsignale Ref-A und Ref-B ein Erregerstromsteuersignal Ref aus, das den Phasenunterschied zwischen den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B und den Antriebsbefehlssignalen DrA, DrB berücksichtigt.
Die innere Struktur des Reglers 7 wird hiernach im Einzelnen beschrieben.
Der Regler 7 umfasst Phasendifferenzdetektoren 7a und 7b sowie einen Phasendifferenzverstärker 8. Der Detektor 7a empfängt ein Positionserkennungssignal CS-A und ein Antriebsbefehlssignal DrA als Eingangssignale CS-Ap und CK-Ap und erkennt dann den Phasenunterschied zwischen diesen Signalen.
Der Detektor 7b empfängt ein Positionserkennungssignal CS-B und ein Antriebsbefehlssignal DrB als Eingangssignale CS-Bp und CK-Bp und erkennt dann den Phasenunterschied zwischen diesen Signalen.
Der Verstärker 8 verstärkt die betreffenden Phasendifferenzerkennungssignale der Detektoren 7a und 7b und gibt dann ein Erregerstromsteuersignal Ref aus.
Detektor 7a erkennt den Phasenunterschied zwischen den Signalen CS-Ap und CK-Ap und gibt ein Befehlsverzögerungssignal RN-A aus, das eine Impulsbreite besitzt, die dem Grad der Verzögerung entspricht, wenn das Signal CK-Ap gegenüber dem Signal CS-Ap in seiner Phase verzögert ist. Wenn andererseits das Signal CK-Ap gegenüber dem Signal CS-Ap in seiner Phase voreilt, gibt der Detektor ein Befehlsvoreilungssignal RP-A aus, das eine Impulsbreite besitzt, die dem Grad der Voreilung entspricht.
Detektor 7a kann aus dem in der fünften Ausführungsform beschriebenen Abweichungszähler 10a und dem Phasenermittler 15a bestehen, der feststellt, ob das Ausgangssignal des Zählers 10a nicht kleiner als „+1" und nicht grösser als „–1" ist.
Ebenso wie Detektor 7a gibt der Detektor 7b ein Befehlsverzögerungssignal RN-B und ein Befehlsvoreilungssignal RP-B aus, die den Phasenunterschied zwischen den Eingangssignalen CS-Bp und CK-Bp berücksichtigen.
Der Phasendifferenzverstärker 8 verringert das Erregerstromsteuersignal Ref, wenn eines der Befehlsverzögerungssignale RN-A oder RN-B erzeugt wird, aber erhöht das Signal Ref, wenn eines der Befehlsvoreilungssignale RP-A oder RP-B erzeugt wird. Wie in 29 gezeigt, umfasst der Phasendifferenzverstärker 8 zum Beispiel OR-Gatter 81 und 82, eine Ladungspumpschaltung 83 und eine Absolutwertschaltung 88. Die Ladungspumpschaltung 83 umfasst Stromquellen 84 und 85, die von den OR-Gattern 81 und 82 gesteuert werden, sowie einen integrierenden Verstärker 86 und einen integrierenden Kondensator 87.
Die Wirkungsweise des Erregerstromreglers 7 mit Detektoren 7a und 7b sowie dem Verstärker 8 wird in 30A und 30B veranschaulicht.
30A veranschaulicht die Wirkungsweise, wenn die Antriebsbefehlssignale DrA, DrB gegenüber den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B verzögert sind, während 30B die Wirkungsweise veranschaulicht, wenn die Antriebsbefehlssignale DrA, DrB gegenüber den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B voreilen.
Die Wirkungsweise der siebenten beispielhaften Ausführungsform, die die oben erörterte Struktur besitzt, wird hiernach dargestellt. Die Ausdrücke für die Fortbewegungsrichtung der Treiberstellung θ und die Anwendungsrichtung des Drehmoments T sind die gleichen wie die in der fünften Ausführungsform verwendeten. Auch die Ausdrücke „der Motor ist angewiesen, sich in der positiven (negativen) Richtung zu drehen" und „der Motor wird in der positiven (negativen) Richtung angetrieben" sind die gleichen wie die in der fünften Ausführungsform verwendeten.
Die hier beschriebenen Beziehungen zwischen dem Drehmoment T und den Signalen CS-A, CS-B sind die gleichen wie in der in 2A und 2B gezeigten ersten Ausführungsform.
Der erste Fall ist: „der Motor ist angewiesen, sich in der positiven Richtung zu drehen". In diesem Fall fällt der Motor wie in der fünften Ausführungsform ebenfalls in den ersten, zweiten oder dritten Zustand.
Der bereits in der fünften Ausführungsform erörterte erste Zustand bedeutet, dass die Abweichung zwischen den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B und den Antriebsbefehlssignalen DrA, DrB in einen bestimmten Bereich fällt, d.h. die Signale CS-A und CS-B sind mit den Signalen DrA und DrB synchron. Der Schrittmotor funktioniert in diesem ersten Zustand richtig.
Die Wirkungsweise des Schrittmotors im ersten Zustand wird hiernach unter Bezugnahme auf 29 bis 33 dargestellt. Wie bereits in der fünften Ausführungsform erörtert, lassen im ersten Zustand die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b die Ausgangssignale von den Verzögerungssignalwählern 5a und 5b als Erregersignale IN-A und IN-A wirken.
Wenn die Regler 4a und 4b die Signale DrA und DrB in ihrer Phase später als die Signale CS-A und CS-B empfangen, geben sie die Signale DrA und DrB als Erregersignale IN-A und IN-B aus. Wenn die Regler 4a und 4b die Signale CS-A und CS-B in ihrer Phase später als die Signale DrA und DrB empfangen, geben sie die Signale CS-A und CS-B als Erregersignale IN-A und IN-B aus.
Neben der Wirkung dieser Erregungszeitpunktregler 4a und 4b steuert in dieser siebenten Ausführungsform der bereits zuvor erörterte Erregerstromregler 7 den Erregerstrom der Wicklungen.
31A und 31B veranschaulichen, dass der Erregerstromregler 7 den Erregerstrom regelt und dadurch den Motor antreibt, wenn Signale DrA und DrB mit einer Phasenverzögerung gegenüber den Signalen CS-A und CS-B geliefert werden.
Die betreffenden, in 31A, 31B und 32A, 32B veranschaulichten Wirkungsweisen werden hier im Einzelnen beschrieben.
Zuerst wird die in 31A und 31B gezeigte Wirkungsweise im Einzelnen beschrieben, d.h. die Wirkungsweise, wenn Signale DrA und DrB gegenüber den Signalen CS-A und CS-B phasenverzögert sind. Wenn die Signale DrA und DrB eine niedrige Frequenz haben oder der Motor eine geringe Belastung hat, sind allgemein diese Signale gegenüber den Signalen CS-A und CS-B phasenverzögert.
In diesem Fall sind die Signale CS-A und CS-B mit den Signalen DrA und DrB synchron, und diese Signale werden in die entsprechenden Eingänge CS-Ap, CS-Bp und CK-Ap, CK-Bp der Phasendifferenzdetektoren 7a und 7b eingegeben, so dass sich Signale DrA und DrB nach den Änderungen der Signale CS-A und CS-B ändern.
Wenn der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen, zählt der Abweichungszähler 10a, der eines der Elemente ist, aus denen der Detektor 7a besteht, seinen Ausgangswert jedesmal, wenn sich das Eingangssignal CK-Ap ändert, um eins vorwärts, aber er zählt seinen Ausgangswert jedesmal, wenn der Motor in der positiven Richtung angetrieben wird und das Eingangssignal CS-Ap sich ändert, um eins rückwärts. Der Zähler 10a zählt ebenfalls jedesmal um eins vorwärts, wenn der Motor in der negativen Richtung angetrieben wird und das Eingangssignal CS-Ap sich ändert.
Der oben erörterte Abweichungszähler 10a ist mit dem Abweichungszähler identisch, der ein Element des Abweichungsdetektors 20a ist. Es bedarf keiner Erwähnung, dass ein Abweichungszähler zur ausschliesslichen Verwendung für einen Phasendifferenzdetektor vorgesehen werden kann.
Der wie oben aufgebaute Zähler 10a zählt zum Zeitpunkt t12 (siehe 31A), an dem das Eingangssignal CS-Ap vom Niveau L auf das Niveau H steigt, um eins rückwärts, und im Ergebnis nimmt das Ausgangssignal des Zählers 10a einen Wert von „–1" an. Zum Zeitpunkt t21, an dem das Eingangssignal CK-Ap vom Niveau L auf das Niveau H steigt, zählt der Zähler 10a um eins vorwärts, und sein Ausgangssignal kehrt zu „0" (null) zurück. In anderen Worten verbleibt das Ausgangssignal des Zählers 10a während der Zeit zwischen der Änderung des Eingangssignals CS-Ap und der Änderung des Eingangssignals CK-Ap bei „–1". Der Phasenermittler 15a erkennt diesen Zustand und hält das Befehlsverzögerungssignal RN-A auf dem Niveau H, solange das Ausgangssignal des Zählers 10a nicht grösser als „–1" wird. Der Phasenermittler 15a hält das Befehlsverzögerungssignal RN-A während der Zeit zwischen der Änderung des Eingangssignals CS-Ap und der Änderung des Eingangssignals CK-Ap auf dem Niveau H. Indessen bleibt das Befehlsvoreilungssignal RP-A auf dem Niveau L.
Diese Folge von Schritten beweist, dass das Befehlsverzögerungssignal RN-A, das vom Phasendifferenzdetektor 7a geliefert wird, eine Pulsbreite besitzt, die dem Betrag der Phasenverzögerung des Signals DrA gegenüber dem Signal CS-A entspricht.
Die gleiche Weise lässt sich auf den Phasendifferenzdetektor 7b anwenden, der ein Befehlsverzögerungssignal RN-B liefert, das eine Impulsbreite besitzt, die dem Betrag der Phasenverzögerung des Signals DrB gegenüber dem Signal CS-B entspricht, wie in 12B gezeigt.
Das Befehlsverzögerungssignal RN-A oder RN-B wird in den Phasendifferenzverstärker 8 eingegeben, der wie folgt funktioniert, wenn er das Befehlsverzögerungssignal empfängt:
Wenn ein Befehlsverzögerungssignal RN-A oder RN-B ausgegeben und auf das Niveau H gehoben wird, erlaubt das OR-Gatter der Stromquelle 84, einen konstanten Strom auszugeben. Die Ladungspumpschaltung 83 lädt den integrierenden Kondensator 87 mit diesem konstanten Strom auf, wobei sie ihre eigene Ausgangsleistung verringert. Die Geschwindigkeit dieser Verringerung hängt vom Wert des konstanten Stroms der Stromquelle 84 und von der Kapazität des Kondensators 87 ab. Der Ausgang der Ladungspumpschaltung 83 ist durch die Absolutwertschaltung 88 mit den Erregern 2a und 2b verbunden und wird dann als Erregerstromsignal Ref vom Verstärker 8 abgegriffen.
Der so betriebene Verstärker 8 erlaubt es den Detektoren 7a und 7b, ein Befehlsverzögerungssignal RN-A oder RN-B auszugeben, wodurch Signal Ref veranlasst wird abzunehmen. Im Ergebnis verringert sich der maximale Erregerstrom der Wicklungen. Es ist bekannt, dass der maximale Erregerstrom dem Spitzenwert des an der Treiberposition θ erzeugten Drehmoments T ungefähr proportional ist.
Der Spitzenwert des Drehmoments T nimmt also, wie in 31 gezeigt, im gleichen Rhythmus wie das Signal Ref ab.
Ein Durchschnittswert „Tavr" des erzeugten Drehmoments T soll mit einem belasteten Drehmoment ins Gleichgewicht kommen. In Schrittmotoren wird eine Beziehung zwischen der Treiberposition θ und den Zeitpunkten der Signale DrA, DrB automatisch hergestellt, so dass der Durchschnittswert „Tavr" des erzeugten Drehmoments T mit dem belasteten Drehmoment ins Gleichgewicht kommen kann. Dies ist eines der innewohnenden Merkmale von Schrittmotoren.
Dies bedeutet, dass die zeitliche Verzögerung der Signale DrA, DrB gegenüber der Treiberposition θ, d.h. gegenüber den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B für einen höheren Spitzenwert des erzeugten Drehmoments T zunimmt, aber die Verzögerung nimmt bei kleineren Spitzenwerten des Drehmoments T ab. Im Ergebnis kommt das durchschnittliche Drehmoment „Tavr" mit dem belasteten Drehmoment ins Gleichgewicht.
In letzterem Falle, d.h. wenn der Spitzenwert des Drehmoments T klein ist und die zeitliche Verzögerung der Signale DrA, DrB gegenüber den Signalen CS-A, CS-B abnimmt, nähert sich das durchschnittliche Drehmoment „Tavr" dem Spitzenwert des Drehmoments T, wodurch die Welligkeit des Drehmoments wesentlich verringert wird.
Indem die Erfinder diese Merkmale der Schrittmotoren berücksichtigen, verringern sie mit Erfolg die Welligkeit des Drehmoments wesentlich durch die folgenden Verfahren: Den Erregerstrom so zu steuern, dass der dem Grad der Zeitpunktverzögerung der Signale DrA, DrB gegenüber den Signalen CS-A, CS-B entsprechend abnimmt, sowie eine Rückkopplungssteuerung zur Verringerung dieser Zeitpunktverzögerung können realisiert werden. Wenn die Verzögerung verringert wird, nähert sich der durchschnittliche Wert „Tavr" des Drehmoments – der erforderlich ist, um den Treiber und eine Last anzutreiben – dem Spitzenwert des erzeugten Drehmoments T. Im Ergebnis verringert sich die Welligkeit des Drehmoments wesentlich.
In dieser siebenten Ausführungsform wird der Erregerstrom durch den neu angebrachten Erregerstromregler 7 gesteuert, wie oben erörtert.
31B veranschaulicht, dass die Welligkeit des Drehmoments durch Steuerung des Erregerstroms abnimmt. Wenn der in 31B gezeigte Zustand erreicht wird, wird die Impulsbreite des Befehlsverzögerungssignals RN-A, RN-B fast „0" (null), und das Erregerstromsteuersignal Ref hört auf abzunehmen. Im Ergebnis wird der Schrittmotor mit geringer Welligkeit des Drehmoments weiter angetrieben.
Die geringere Welligkeit des Drehmoments erlaubt es dem Motor, sich mit weniger Vibrationen, Geräusch und Drehgeschwindigkeitsschwankungen zu drehen, und im Ergebnis wird der Erregerstrom auf einen auf die Belastung reagierenden, minimalen Wert gesteuert, der Wirkungsgrad des Motors wird somit wesentlich verbessert.
Die in 32A und 32B gezeigte Wirkungsweise, d.h. die Wirkungsweise in dem Fall, wenn die Signale DrA, DrB eine Phasenvoreilung gegenüber den Signalen CS-A und CS-B besitzen, wird hier dargestellt. Die Signale DrA und DrB haben allgemein eine Phasenvoreilung gegenüber den Signalen CS-A und CS-B, wenn sie eine hohe Frequenz haben oder der Motor eine grosse Belastung hat.
In diesem Falle sind die Signale CS-A und CS-B mit den Signalen DrA und DrB synchron, und diese Signale werden in die entsprechenden Eingänge CS-Ap, CS-BP und CK-Ap, CK-Bp der Phasendifferenzdetektoren 7a und 7b eingegeben, so dass die Signale DrA, DrB sich vor den Signalen CS-A, CS-B ändern.
Zu diesem Zeitpunkt zählt der Zähler 10a zum Zeitpunkt t21 (siehe 32A) um eins vorwärts, wenn das Eingangssignal CK-Ap vom Niveau L zum Niveau H ansteigt, und im Ergebnis nimmt das Ausgangssignal des Zählers 10a einen Wert von „+1" an. Zum Zeitpunkt t22, wenn das Eingangssignal CS-Ap vom Niveau L auf das Niveau H ansteigt, zählt der Zähler 10a um eins rückwärts, und sein Ausgangswert kehrt zu „0" (null) zurück.
In anderen Worten bleibt das Ausgangssignal des Zählers 10a während der Zeit zwischen der Änderung des Eingangssignals CK-Ap und der Änderung des Eingangssignals CS-Ap bei „+1". Der Phasenermittler 15a erkennt diesen Zustand und hält das Befehlsvoreilungssignal RP-A auf dem Niveau H, während das Ausgangssignal des Zählers 10a nicht kleiner als „+1" bleibt. Der Phasenermittler 15a hält das Befehlsvoreilungssignal RP-A während der Zeit zwischen der Änderung des Eingangssignals CK-Ap und der Änderung des Eingangssignals CS-Ap auf dem Niveau H. Indessen bleibt das Befehlsverzögerungssignal RN-A auf dem Niveau L.
Diese Folge von Schritten beweist, dass das vom Phasendifferenzdetektor 7a gelieferte Befehlsvoreilungssignal RP-A eine Impulsbreite besitzt, die dem Betrag der Phasenvoreilung des Signals DrA gegenüber dem Signal CS-A entspricht.
Die gleiche Art kann auf den Phasendifferenzdetektor 7b angewendet werden, und dieser liefert ein Befehlsvoreilungssignal RP-B mit einer dem Betrag der Phasenvoreilung des Signals DrB gegenüber dem Signal CS-B entsprechenden Impulsbreite, wie in 32A gezeigt.
Das Befehlsvoreilungssignal RP-A oder RP-B wird dem Phasendifferenzverstärker 8 zugeführt, der wie folgt funktioniert, wenn er das Befehlsvoreilungssignal empfängt:
Wenn ein Befehlsvoreilungssignal RP-A oder RP-B ausgegeben und auf das Niveau H gehoben wird, erlaubt das OR-Gatter 82 der Stromquelle 85, einen konstanten Strom auszugeben. Die Ladungspumpschaltung 83 entlädt den integrierenden Kondensator 87 mit diesem konstanten Strom, wobei sie ihre eigene Ausgangsleistung erhöht. Die Geschwindigkeit dieser Erhöhung hängt vom Wert des konstanten Stroms der Stromquelle 85 und von der Kapazität des Kondensators 87 ab. Der Ausgang der Ladungspumpschaltung 83 ist durch die Absolutwertschaltung 88 mit den Erregern 2a und 2b verbunden und wird dann als Erregerstromsignal Ref vom Verstärker 8 abgegriffen.
Der so betriebene Verstärker 8 erlaubt es den Detektoren 7a und 7b, ein Befehlsvoreilungssignal RP-A oder RP-B auszugeben, wodurch Signal Ref veranlasst wird zuzunehmen. Im Ergebnis erhöht sich der maximale Erregerstrom der Wicklungen. Es ist bekannt, dass der maximale Erregerstrom dem Spitzenwert des an der Treiberposition θ erzeugten Drehmoments T ungefähr proportional ist.
Der Spitzenwert des Drehmoments T nimmt also, wie in 32 gezeigt, im gleichen Rhythmus wie das Signal Ref zu.
Andererseits ermöglichen es die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b, wie in 32A gezeigt, dass das den Treiber antreibende Drehmoment T durch den als Reaktion auf die Signale CS-A, CS-B, aber nicht auf die Signale DrA und DrB erfolgenden Erregungswechsel der Wicklungen eine andere Wellenform annimmt. Indessen werden die Signale CS-A und CS-B mit einer Phasenverzögerung gegenüber den Signalen DrA und DrB erzeugt. Die Wahrscheinlichkeit eines Gleichlaufverlusts ist somit gründlich beseitigt, was bereits in der fünften Ausführungsform erörtert worden ist.
Zusätzlich dazu, dass der Motor frei von Gleichlaufverlusten ist, wird in dieser siebenten Ausführungsform das Vermögen, den Motor im ersten Zustand zu halten, verstärkt, indem der Erregerstrom so gesteuert wird, dass er ansteigt, wenn Signale DrA und DrB mit einer Phasenvoreilung gegenüber den Signalen CS-A und CS-B geliefert werden.
Dies wird hierunter genauer beschrieben. 33 ist eine vergrösserte Ansicht der Operationen zum Zeitpunkt t21 in 32A.
In 33 nimmt das Befehlsvoreilungssignal RP-A als Reaktion auf die Änderung des Signals DrA zum Zeitpunkt t21 das Niveau H an. Zu diesem Zeitpunkt beginnt das Erregerstromsteuersignal Ref zuzunehmen. Die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b erlauben es aber, dass sich die Erregung der Wicklungen zum Zeitpunkt 21 nicht ändert. Das Drehmoment T bleibt daher von der Zeit vor dem Zeitpunkt t21 bis zum Zeitpunkt t22 durch „–Ta – Tb" ausgedrückt, wobei sich der Spitzenwert des Drehmoments T im gleichen Rhythmus wie das Signal Ref erhöht. Zum Zeitpunkt t22, wenn das Signal CS-A sich ändert, kehrt das Befehlsvoreilungssignal RP-A einmal zum Niveau L zurück, während Signal Ref aufhört zuzunehmen. Gleichzeitig wird die Erregung der Wicklungen gewechselt, wodurch das Drehmoment T in ein Drehmoment verwandelt wird, das als „Ta – Tb" ausgedrückt wird. (Diese Operation lässt sich auf die anderen Zeitpunkte anwenden.)
In dieser Reihe von Schritten erhöht sich offensichtlich das Drehmoment T, und die Befähigung zum Antrieb des Treibers erhöht sich jedesmal, wenn Befehlsvoreilungssignale RP-A, RP-B erzeugt werden. Diese Befähigung, den Treiber anzutreiben, erhöht sich weiter, bis die Geschwindigkeit des Treibers wesentlich zugenommen hat und die Impulsbreite der Signale RP-A und RP-B fast „0" (null) geworden ist. Schliesslich wird der in 32B gezeigte Zustand erreicht, und das Signal Ref hört dann auf zuzunehmen. Im Ergebnis wird der Motor mit einer geringen Welligkeit des Drehmoments drehend gehalten.
Zusätzlich dazu, dass der Motor frei von Gleichlaufverlusten ist, erhöht die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung das Antriebsvermögen des Treibers, indem der Erregerstrom so gesteuert wird, dass er ansteigt, wenn Signale DrA und DrB mit einer Phasenvoreilung gegenüber den Signalen CS-A und CS-B geliefert werden. In anderen Worten wird das Vermögen, den Motor im ersten Zustand zu halten, in dem der Motor richtig funktioniert, verstärkt.
Die geringere Welligkeit des Drehmoments erlaubt es dem Motor dank des obigen Vorteils, sich mit weniger Vibrationen, Geräusch und Drehgeschwindigkeitsschwankungen zu drehen, und im Ergebnis wird der Erregerstrom auf einen auf die Belastung reagierenden, zweckmässigen Wert gesteuert, der Wirkungsgrad des Motors wird somit wesentlich verbessert.
Als Nächstes wird die Wirkungsweise dargestellt, wenn der Motor in den zweiten Zustand gelangt.
Im zweiten Zustand, der in der fünften Ausführungsform beschrieben worden ist, liegt die Abweichung zwischen den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B und den Antriebsbefehlssignalen DrA, DrB ausserhalb des gegebenen Bereichs. Dann ist das Vorwärts-Drehmoment, das den Treiber in die positive Richtung lenkt, dafür erforderlich, dass die Abweichung in den gegebenen Bereich fällt.
In anderen Worten tritt der zweite Zustand in den folgenden Fällen ein:
Signale DrA und DrB haben eine hohe Frequenz;
die Frequenz der Signale DrA und DrB springt auf ein höheres Niveau;
der Motor ist stark belastet;
die Belastung des Motors springt auf ein höheres Niveau; oder
der Treiber unterschreitet die Position.
Dieser zweite Zustand bedeutet, dass die Signale DrA und DrB in einer grösseren Anzahl als die Signale CS-A und CS-B geliefert werden. Wenn der Motor in diesen Zustand gerät, sollte ein Vorwärts-Drehmoment sofort an den Motor angelegt werden, um ihn zu beschleunigen, damit er zum ersten Zustand zurückkehren kann, wodurch gewährleistet wird, dass der Motor richtig funktioniert.
Erstens wirkt der Erregerstromregler 7 im zweiten Zustand wie folgt: Wie bereits in der fünften Ausführungsform beschrieben, geben die Abweichungszähler 10a und 10b im zweiten Zustand „2" oder mehr als „2" aus.
Die Phasenermittler 15a und 15b erlauben, dass die Phasendifferenzdetektoren 7a und 7b die Befehlsvoreilungssignale RP-A und RP-B auf das Niveau H, die Befehlsverzögerungssignale RN-A und RN-B auf das Niveau L stellen. Wenn die Signale auf diesen Niveaus bleiben, dann erhöht der Phasendifferenzverstärker 8 den Strom des Erregerstromsteuersignals Ref.
Im zweiten Zustand gibt somit der Erregerstromregler 7 die Befehlsvoreilungssignale RP-A und RP-B aus und erhöht den Strom des Signals Ref. Im Ergebnis wird der Erregerstrom der Wicklungen und daher das Drehmoment T zum Antrieb des Treibers erhöht.
Andererseits erlauben die Zeitpunktregler 4a und 4b, dass die Signale CS-A und CS-B als die Erregersignale IN-A und IN-B wirken, daher wird die Erregung so gewechselt, dass das Drehmoment T zum Antrieb des Treibers, wie in 23 gezeigt, das maximale Drehmomentenniveau beibehalten kann.
Wenn der Motor in der siebenten Ausführungsform in diesen zweiten Zustand gerät, wirken die Zeitpunktregler 4a und 4b sowie der Stromregler 7 gleichzeitig so, wie oben erörtert, wodurch das am Treiber anliegende Vorwärtsdrehmoment wesentlich vergrössert und die Fähigkeit, den Motor zu beschleunigen, erhöht wird.
Wenn der Schrittmotor wegen der folgenden Faktoren in den zweiten Zustand gerät, kann der Schrittmotor sofort in den ersten Zustand zurückkehren, wo der Motor richtig funktionieren kann:
Signale DrA und DrB haben eine hohe Frequenz;
die Frequenz der Signale DrA und DrB erhöht sich plötzlich;
der Motor ist stark belastet;
die Belastung des Motors erhöht sich plötzlich; oder
der Treiber unterschreitet die Position.
Die Wirkungsweise, die zutrifft, wenn der Motor in den dritten Zustand gerät, und die bereits in der fünften Ausführungsform beschrieben wurde, wird dargestellt.
Im dritten Zustand liegt die Abweichung zwischen den Positionserkermungssignalen CS-A, CS-B und den Antriebsbefehlssignalen DrA, DrB ausserhalb des gegebenen Bereichs. Dann wird ein Rückwärts-Drehmoment, das den Treiber in die negative Richtung lenkt, benötigt, damit diese Abweichung in den gegebenen Bereich fällt.
In anderen Worten gerät der Schrittmotor in den dritten Zustand, wenn zumindest einer der folgenden Faktoren zutrifft:
die Frequenz der Signale DrA, DrB sinkt plötzlich ab;
die Belastung des Motors sinkt plötzlich ab;
ein Antriebsrichtungsbefehl wird umgekehrt; oder
der Motor überschreitet die Position.
In diesem dritten Zustand werden Signale CS-A und CS-B in einer grösseren Anzahl geliefert als die Signale DrA und DrB. Wenn der Schrittmotor in den dritten Zustand gerät, sollte sofort ein Rückwärts-Drehmoment an den Motor angelegt werden, um die Geschwindigkeit zu verringern, so dass der Motor in den ersten Zustand zurückkehrt, wo der Motor richtig arbeitet.
Zuerst wirkt der Erregerstromregler 7 im dritten Zustand wie folgt. Wie bereits in der fünften Ausführungsform beschrieben, geben die Abweichungszähler 10a und 10b im dritten Zustand „–2" oder weniger als „–2" aus.
Die Phasenermittler 15a und 15b erlauben, dass die Phasendifferenzdetektoren 7a und 7b die Befehlsvoreilungssignale RP-A und RP-B auf das Niveau L, die Befehlsverzögerungssignale RN-A und RN-B auf das Niveau H stellen. Wenn die Signale auf diesen Niveaus bleiben, dann sinkt das Ausgangssignal der Ladungspumpschaltung 83 auf einen negativen Wert ab, und wenn dieses Ausgangssignal weiter abnimmt, erlaubt die Absolutwertschaltung 88 dem Signal Ref, nunmehr anzusteigen.
Im dritten Zustand gibt somit der Erregerstromregler 7 die Befehlsverzögerungssignale RN-A und RN-B aus und erhöht den Strom des Signals Ref, nachdem es vorübergehend abgenommen hatte. Im Ergebnis erhöht sich der Erregerstrom der Wicklungen und daher das Drehmoment T zum Antrieb des Treibers, nachdem er vorübergehend abgesunken war.
Andererseits erlauben die Zeitpunktregler 4a und 4b, dass die zu den Signalen CS-A und CS-B umgekehrten Signale als die Erregersignale IN-A und IN-B wirken, daher wird die Erregung so gewechselt, dass das Drehmoment T zur Verlangsamung des Treibers, wie in 24 gezeigt, das maximale Drehmomentenniveau beibehalten kann.
Wenn der Motor in der siebenten Ausführungsform in diesen dritten Zustand gerät, wirken die Zeitpunktregler 4a und 4b sowie der Stromregler 7 gleichzeitig so, wie oben erörtert, wodurch das am Treiber anliegende Rückwärtsdrehmoment wesentlich vergrössert und das Vermögen, die Drehgeschwindigkeit des Motors zu verringern, erhöht wird.
Wenn der Schrittmotor wegen der folgenden Faktoren in den dritten Zustand gerät, kann der Schrittmotor sofort in den ersten Zustand zurückkehren, wo der Motor richtig funktionieren kann:
die Frequenz der Signale DrA, DrB sinkt plötzlich ab;
die Belastung des Motors sinkt plötzlich ab;
ein Antriebsrichtungsbefehl wird umgekehrt; oder
der Motor überschreitet die Position.
In der obigen Darstellung wurde beschrieben, dass sich das Drehmoment T nach einer vorübergehenden Abnahme erhöht. Hierunter wird dieser Vorgang noch zusätzlich beschrieben.
Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Motor wegen eines der oben erörterten Faktoren vom ersten in den dritten Zustand übergeht, kann es sein, dass das am Treiber anliegende Drehmoment vorübergehend in die Vorwärtsrichtung weist. Wenn dies der Fall ist, dann wird der Treiber durch eine plötzliche Erhöhung des Drehmoments T beschleunigt und dadurch vom ersten Zustand noch weiter wegbewegt.
Eine Erhöhung des Drehmoments T nach einer vorübergehenden Abnahme dient dazu, diese Schwierigkeit zu vermeiden, so dass unbedingt ein Rückwärts-Drehmoment an den Treiber angelegt und der Motor sofort vom ersten in den dritten Zustand zurückgebracht werden kann.
Der Fall, in dem der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen, wurde oben erörtert. Als Nächstes kommt der Fall, in dem der Motor angewiesen ist, sich in der negativen Richtung zu drehen.
In diesem Fall gibt es ebenfalls den ersten, zweiten und dritten Zustand, was im Wesentlichen das Gleiche wie im oben erörterten Fall ist. Daher werden nur die Punkte, die sich vom vorhergehenden Fall unterscheiden, dargestellt und die eingehende Beschreibung wird hier unterlassen.
Wenn der Motor angewiesen ist, sich in der negativen Richtung zu drehen, sollte die Beziehung zwischen Phasenverzögerung und Phasenvoreilung der Signale DrA, DrB umgekehrt werden, damit die Drehrichtung des von den Wicklungen erzeugten Magnetfeldes umgekehrt wird.
Des Weiteren sollte in der Arbeit der Verzögerungssignalwähler 5a und 5b die Verzögerung bzw. Voreilung der Signale DrA, DrB gegenüber den Signalen CS-A, CS-B auf die zu den Signalen CS-A, CS-B umgekehrten Signale bezogen werden. In anderen Worten geben die Wähler 5a und 5b von DrA, DrB und den zu CS-A, CS-B umgekehren Signalen die später ankommenden Signale aus, so dass das zum Drehmoment T umgekehrte Drehmoment in die gewünschte Richtung weist, um den Treiber in der negativen Richtung anzutreiben.
Weiterhin sollten auch die Abweichungszähler 10a und 10b ihre Ausgangssignale bei jeder Änderung der Eingangssignale CK-Ap, CK-Bp um eins rückwärts zählen. Wenn der Motor in der positiven Richtung angetrieben wird, zählt Zähler 10a bei jeder Änderung des Eingangssignals CS-Ap um eins rückwärts, aber wenn der Motor in der negativen Richtung angetrieben wird, zählt Zählter 10a bei jeder Änderung des Eingangssignals CS-Ap um eins vorwärts. Dies ist die gleiche Wirkungsweise wie in dem Fall, wenn der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen.
34 veranschaulicht den ersten Zustand, wenn der Motor angewiesen ist, sich in der negativen Richtung zu drehen, wobei die Signale DrA und DrB mit einer Phasenverzögerung gegenüber den zu CS-A, CS-B umgekehrten Signalen geliefert werden.
Der einzige Unterschied zwischen 34 und den früheren Zeichnungen besteht darin, dass die Fortbewegung des Treibers in der negativen Richtung einer Bewegung nach rechts in 34 entspricht. Durch Einführung dieses Unterschiedes wird aber in 34 gut veranschaulicht, dass die Welligkeit des Drehmoments durch Steuerung des Erregerstromes im Wesentlichen gering wird, was auf der gleichen Wirkungsweise wie der in 31A und 31B gezeigten beruht, wo der Fall beschrieben wird, in dem der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen. Diese Wirkungsweise führt zu geringeren Vibrationen, Geräuschen und Drehgeschwindigkeitsschwankungen des Motors, und der Erregerstrom kann so auf das minimale, der Belastung entsprechende Niveau gesteuert werden. Der Wirkungsgrad des Motors wird somit wesentlich verbessert.
Wenn der Motor im ersten Zustand, wo Signale DrA und DrB vor den zu CS-A und CS-B umgekehrten Signalen geliefert werden, angewiesen ist, sich in der negativen Richtung zu drehen, ist die (nicht gezeigte) Wirkungsweise die gleiche wie die in 32 gezeigte, die den Fall veranschaulicht, wo der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen, und führt zu den gleichen Vorteilen.
Bei Anweisung des Motors, sich in der negativen Richtung zu drehen, tritt der zweite Zustand ein, wenn eine Bedingung eintritt, die bei Anweisung des Motors, sich in der positiven Richtung zu drehen, dem dritten Zustand entspricht. In anderen Worten gerät der Motor, wenn er angewiesen ist, sich in der negativen Richtung zu drehen, in den zweiten Zustand, wenn zumindest einer der folgenden Faktoren zutrifft:
die Frequenz der Signale DrA, DrB sinkt plötzlich ab;
die Belastung des Motors sinkt plötzlich ab;
ein Antriebsrichtungsbefehl wird umgekehrt; oder
der Motor überschreitet die Position.
Wenn aber der Motor in diesen zweiten Zustand gerät, wird sofort ein Vorwärts-Drehmoment an den Motor angelegt, um ihn in der positiven Richtung zu beschleunigen (bzw. ihn zu verlangsamen, wenn die negative Richtung als Bezugsrichtung betrachtet wird), so dass der Schrittmotor in den ersten Zustand zurückkehren sollte, wo der Motor richtig funktioniert.
Dies ist die gleiche Weise wie bei Anweisung des Motors, sich in der positiven Richtung zu drehen.
Die Operationen der Zeitpunktregler 4a, 4b und des Stromreglers 7 ermöglichen es auch in diesem Falle, dass das an den Treiber angelegte Vorwärts-Drehmoment zunimmt und die Fähigkeit, den Motor zu beschleunigen, sich wesentlich erhöht. Im Ergebnis kann der Schrittmotor vom zweiten Zustand unmittelbar in den ersten Zustand zurückgesetzt werden, wo der Motor richtig funktionieren kann.
Bei Anweisung des Motors, sich in der negativen Richtung zu drehen, tritt der dritte Zustand ein, wenn eine Bedingung eintritt, die bei Anweisung des Motors, sich in der positiven Richtung zu drehen, dem zweiten Zustand entspricht. In anderen Worten gerät der Motor in den dritten Zustand, wenn zumindest einer der folgenden Faktoren zutrifft:
Signale DrA und DrB haben eine hohe Frequenz;
die Frequenz der Signale DrA und DrB erhöht sich plötzlich;
der Motor ist stark belastet;
die Belastung des Motors erhöht sich plötzlich; oder
der Treiber unterschreitet die Position in der positiven Richtung.
Wenn der Motor in diesen dritten Zustand gerät, sollte sofort ein Rückwärts-Drehmoment an den Motor angelegt werden, so dass er in der negativen Richtung verlangsamt (er sollte beschleunigt werden, wenn die negative Richtung als Bezugsrichtung betrachtet wird) und in den ersten Zustand zurückversetzt werden kann. Dies ist die gleiche Weise wie bei Anweisung des Motors, sich in der positiven Richtung zu drehen.
Die Operationen der Zeitpunktregler 4a, 4b und des Stromreglers 7 ermöglichen es auch in diesem Falle, dass das an den Treiber angelegte Rückwärts-Drehmoment umfassend zunimmt und die Fähigkeit, den Motor in der negativen Richtung zu verlangsamen, sich wesentlich erhöht. Im Ergebnis kann der Schrittmotor vom dritten Zustand unmittelbar in den ersten Zustand zurückgesetzt werden, wo der Motor richtig funktionieren kann.
Wie oben erörtert, steuert im ersten Zustand der siebenten Ausführungsform der neu zur Verfügung stehende Stromregler 7 den Erregerstrom so, dass er dem Phasenunterschied zwischen den Signalen DrA, DrB und den Signalen CS-A, CS-B entsprechend abnimmt, wenn Signale DrA, DrB gegenüber den Signalen CS-A, CS-B phasenverzögert sind. Im Ergebnis kann die Welligkeit des den Motor antreibenden Drehmoments wesentlich kleiner sein, wenn die Signale DrA, DrB eine niedrige Frequenz besitzen oder der Motor gering belastet ist. Diese wesentlich geringere Welligkeit des Drehmoments ermöglicht eine Abnahme von Vibrationen, Geräuschen und Drehgeschwindigkeitsschwankungen. Im Ergebnis wird der Erregerstrom auf das der Belastung entsprechende, minimale Niveau gesteuert, und der Wirkungsgrad des Motors wird dadurch wesentlich verbessert.
Die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung erhöht das Antriebsvermögen des Treibers durch die Funktionen der Zeitpunktregler 4a, 4b und des Stromreglers 7, wenn die Signale DrA, DrB bezüglich ihrer Phasen vor den Signalen CS-A, CS-B geliefert werden. In anderen Worten verstärkt sich, wenn die Signale DrA, DrB eine hohe Frequenz aufweisen oder der Motor stark belastet ist, die Fähigkeit, den Motor im ersten Zustand zu halten, wo er richtig funktioniert.
Die geringere Welligkeit des Drehmoments ermöglicht es dank des obigen Vorteils, dass der Motor sich mit weniger Vibrationen, Geräuschen und Drehgeschwindigkeitsschwankungen dreht, und im Ergebnis wird der Erregerstrom auf die Belastung reagierend zweckmässig gesteuert, wodurch der Wirkungsgrad des Motors wesentlich verbessert wird.
Wenn der Motor in den zweiten Zustand gerät, erhöhen die Zeitpunktregler 4a, 4b und der Stromregler 7 das an den Treiber angelegte Vorwärts-Drehmoment wesentlich, und sie erhöhen auch die Fähigkeit, den Motor zu beschleunigen.
Wenn der Schrittmotor wegen eines der folgenden Faktoren in den zweiten Zustand gerät, kann der Schrittmotor sofort in den ersten Zustand zurückversetzt werden, wo der Motor richtig funktionieren kann:
Signale DrA und DrB haben eine hohe Frequenz;
die Frequenz der Signale DrA und DrB erhöht sich plötzlich;
der Motor ist stark belastet;
die Belastung des Motors erhöht sich plötzlich; oder
der Treiber unterschreitet die Position.
Wenn der Motor in den dritten Zustand gerät, erhöhen die Zeitpunktregler 4a, 4b und der Stromregler 7 das an den Treiber angelegte Rückwärts-Drehmoment wesentlich, und sie erhöhen auch die Fähigkeit, den Motor zu verlangsamen.
Wenn der Schrittmotor wegen eines der folgenden Faktoren in den dritten Zustand gerät, kann der Schrittmotor sofort in den ersten Zustand zurückversetzt werden, wo der Motor richtig funktionieren kann:
die Frequenz der Signale DrA, DrB sinkt plötzlich ab;
die Belastung des Motors sinkt plötzlich ab;
ein Antriebsrichtungsbefehl wird umgekehrt; oder
der Motor überschreitet die Position.
Diese siebente Ausführungsform lässt sich wie folgt organisieren: Bei Anweisung des Motors, sich in der positiven Richtung zu drehen, zählt der Abweichungszähler 10a des Phasendifferenzdetektors 7a seinen Ausgangswert jedesmal um eins rückwärts, wenn sich das Eingangssignal CK-Ap ändert. Bei Anweisung des Motors, sich in der negativen Richtung zu drehen, zählt der Zähler 10a jedesmal um eins vorwärts, wenn sich das Eingangssignal CK-Ap ändert. Wenn der Motor in der positiven Richtung angetrieben wird, zählt der Zähler 10a jedesmal um eins vorwärts, wenn sich das Signal CS-Ap ändert, aber zählt um eins rückwärts, wenn der Motor in der negativen Richtung angetrieben wird. Der Phasenermittler 15a legt fest, dass der Phasenunterschied eine Voreilung sei, wenn der Zähler 10a „–1" oder weniger als „–1" ausgibt, aber legt fest, dass der Phasenunterschied eine Verzögerung sei, wenn der Zähler 10a „+1" oder mehr als „+1" ausgibt. Der Abweichungszähler 10b und der Phasenermittler 15b des Phasendifferenzdetektors 7b funktionieren ebenso wie ihre entsprechenden Gegenstücke. Diese Struktur erlaubt es der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung auch, so wie in der oben erörterten Wirkungsweise zu funktionieren.
(Beispielhafte Ausführungsform 8)
35 veranschaulicht eine Struktur der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der achten beispielhaften Ausführungsform.
In 35 sind der Zweiphasen-Schrittmotor 1 und die Positionsdetektoren 3a und 3b die gleichen wie die in der fünften und siebenten Ausführungsform verwendeten. Erreger 2a und 2b sind ebenfalls die gleichen wie die in der siebenten Ausführungsform verwendeten.
Die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b empfangen an ihren Eingängen CS-Ad und CS-Bd die Positionserkennungssignale CS-A und CS-B, die von den Positionsdetektoren 3a und 3b abgegriffen werden. Ferner empfangen die Regler 4a und 4b auch Antriebsbefehlssignale DrA und DrB an ihren anderen Eingängen CK-Ad und CK-Bd. Die Regler 4a und 4b geben die entsprechenden Erregersignale an die Eingänge IN-A und IN-B der Erreger 2a und 2b aus. Da die Regler 4a und 4b sowie die Positionsdetektoren 3a und 3b mit denen identisch sind, die in der in 21 gezeigten fünften Ausführungsform verwendet wurden, wird eine eingehende Beschreibung hier unterlassen.
Ein Hauptunterschied zwischen dieser in 35 gezeigten Ausführungsform 8 und der in 21 gezeigten Ausführungsform 5 besteht darin, dass ein Erregerstrom-Zwangsverstärker 30 in der Ausführungsform 8 vorgesehen ist.
Der Erregerstrom-Zwangsverstärker 30 liefert auf der Basis des Ergebnisses einer Abweichungserkennung durch die Abweichungsdetektoren 20a und 20b, die Elemente der Erregungszeitpunktregler 4a und 4b sind, ein Zwangsverstärkungs-Stromsignal als Stromwertsignale Ref-A und Ref-B an die Erreger 2a und 2b.
Die Wirkungsweise der achten Ausführungsform, die die oben erörterte Struktur besitzt, wird hiernach dargestellt.
Die Zeitpunktregler 4a und 4b funktionieren in der gleichen Weise wie die in der fünften und siebenten Ausführungsform verwendeten, d.h. sie geben je nach der Abweichung zwischen den Signalen DrA, DrB und den Signalen CS-A, CS-B auf der Basis des ersten, zweiten oder dritten Zustandes Erregersignale IN-A und IN-B aus.
Der Fall, in dem der Motor im ersten Zustand bleibt, wird hierunter dargestellt. Der erste Zustand ist in der fünften und siebenten Ausführungsform beschrieben worden, d.h. die Abweichung zwischen den Signalen DrA, DrB und den Signalen CS-A, CS-B fällt in einen gegebenen Bereich. Die Abweichungsermittler 11a, 11b, aus denen die Abweichungsdetektoren 20a, 20b bestehen, geben Sa, Sb mit Niveau L aus, was bereits in der fünften Ausführungsform beschrieben worden ist.
Wenn die Ausgangssignale der Ermittler 11a und 11b beide auf dem Niveau L liegen, stellt der Erregerstrom-Zwangsverstärker 30 ein Ausgangssignal vom NOR-Gatter 31 auf Niveau H und schaltet den Transistor 32 ab. Im Ergebnis wird eine Ausgangsspannung von der Spannungsquelle Vr als Stromwertsignale den Eingängen Ref-A und Ref-B der Erreger 2a und 2b zugeführt.
Der Erregerstrom der Wicklung nimmt daher einen der Ausgangsspannung der Spannungsquelle Vr entsprechenden konstanten Wert an, und die Wirkungsweise und Wirkung während dieses ersten Zustands sind die gleichen wie in der fünften Ausführungsform.
Aus Nächstes wird der Fall dargestellt, wenn der Motor in den zweiten und dritten Zustand gerät.
Im zweiten und dritten Zustand liegen die Abweichungen zwischen den Signalen CS-A, CS-B und den Signalen DrA, DrB ausserhalb des gegebenen Bereichs, was bereits in der fünften und siebenten Ausführungsform beschrieben worden ist.
In diesen Zuständen liegt eines der Ausgangssignale Sa, Sb der Ermitler 11a und 11b auf dem Niveau H. Zu diesem Zeitpunkt stellt der Verstärker 30 das Ausgangssignal vom NOR-Gatter 31 auf das Niveau L und schaltet den Transistor 32 ein. Im Ergebnis wird eine Spannung, die grösser als die Ausgangsspannung der Spannungsquelle Vr ist, als Stromwertsignale den Eingängen Ref-A, Ref-B der Erreger 2a und 2b zugeführt.
Der Motor wird daher mit einem Erregerstrom angetrieben, der grösser als der im ersten Zustand verwendete ist.
Andererseits geben die Zeitpunktregler 4a und 4b als Reaktion auf den zweiten oder dritten Zustand Signale CS-A und CS-B oder die zu diesen Signalen umgekehrten Signale als Erregersignale IN-A und IN-B aus. In anderen Worten wird der Schrittmotor mit dem Erregungswechsel, der das maximale Niveau des Drehmoments aufrecht erhalten kann, beschleunigt oder verlangsamt, damit er in den ersten Zustand zurückversetzt werden kann, in dem der Motor richtig funktionieren kann.
Zusätzlich zu diesen Erregungswechseln durch Regler 4a und 4b erhöht der Erregerstrom-Zwangsverstärker 30 den Erregerstrom zwangsweise, wodurch das Niveau des Drehmoments erhöht wird, das den Motor in den ersten Zustand zurückversetzt.
Diese achte Ausführungsform beweist, dass der Schrittmotor sofort in den ersten Zustand zurückversetzt werden kann, wo der Motor richtig funktionieren kann, wenn der Schrittmotor wegen eines der folgenden Faktoren in den zweiten Zustand gerät:
Signale DrA und DrB haben eine hohe Frequenz;
die Frequenz der Signale DrA und DrB erhöht sich plötzlich;
der Motor ist stark belastet;
die Belastung des Motors erhöht sich plötzlich; oder
der Treiber unterschreitet die Position.
Die dritten Ausführungsform beweist ferner, dass der Schrittmotor sofort in den ersten Zustand zurückversetzt werden kann, wenn er wegen der folgenden Faktoren in den dritten Zustand gerät:
die Frequenz der Signale DrA, DrB sinkt plötzlich ab;
die Belastung des Motors sinkt plötzlich ab;
ein Antriebsrichtungsbefehl wird umgekehrt; oder
der Motor überschreitet die Position.
In beiden Fällen wird der Erregerstrom zwangsweise erhöht, um den Motor in den ersten Zustand zurückzuversetzen.
In der siebenten Ausführungsform ist beschrieben worden, den Motor vom zweiten oder dritten Zustand in den ersten Zustand zurückzuversetzen; in der siebenten Ausführungsform wird aber der Erregerstrom über den Phasendifferenzverstärker 8 gesteuert. Daher verzögert sich eine Reaktion auf eine Erhöhung des Erregerstroms notwendigerweise insbesondere wegen des integrierenden Kondensators 87, der ein Element der Ladungspumpschaltung 83 des Phasendifferenzverstärkers 8 ist, wenn der Motor in den zweiten oder dritten Zustand gerät.
In dieser achten Ausführungsform ist der Erregerstrom-Zwangsverstärker 30 vorgesehen, durch den der Erregerstrom entspechend der Erkennung durch die Abweichungsdetektoren 20a und 20b sofort erhöht wird. Der Motor kann daher schneller als in der siebenten Ausführungsform aus dem zweiten oder dritten Zustand in den ersten Zustand zurückversetzt werden.
(Beispielhafte Ausführungsform 9)
36 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der neunten beispielhaften Ausführungsform.
In 36 sind der Zweiphasen-Schrittmotor 1 und die Positionsdetektoren 3a und 3b die gleichen wie die in der fünften, siebenten und achten Ausführungsform verwendeten. D ie Erregungszeitpunktregler 4a und 4b empfangen an ihren Eingängen CS-Ad und CS-Bd die Positionserkennungssignale CS-A und CS-B, die von den Positionsdetektoren 3a und 3b abgegriffen werden. Ferner empfangen die Regler 4a und 4b auch Antriebsbefehlssignale DrA und DrB an ihren anderen Eingängen CK-Ad und CK-Bd. Die Regler 4a und 4b geben die entsprechenden Erregersignale an die Eingänge IN-A und IN-B der Erreger 2a und 2b aus. Da die Regler 4a und 4b sowie die Positionsdetektoren 3a und 3b mit denen identisch sind, die in der in 21 gezeigten fünften Ausführungsform verwendet wurden, wird eine eingehende Beschreibung hier unterlassen.
Ein Hauptunterschied zwischen dieser in 36 gezeigten Ausführungsform 9 und der in 21 gezeigten Ausführungsform 5 besteht darin, dass ein Erregerstrom-Zwangsverstärker 30 sowie ein Erregerstromregler 7 in der Ausführungsform 9 vorgesehen sind.
Der Erregerstrom-Zwangsverstärker 30 gibt auf der Basis des Ergebnisses einer Abweichungserkennung durch die Abweichungsdetektoren 20a und 20b, die Elemente der Erregungszeitpunktregler 4a und 4b sind, ein Zwangsverstärkungs-Stromsignal als Stromwertsignale Ref-A und Ref-B an die Erreger 2a und 2b aus.
Der Stromregler 7 gibt ein Erregerstromsteuersignal „Ref" als Stromwertsignale Ref-A und Ref-B, die dem Phasenunterschied zwischen den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B und den Antriebsbefehlssignalen DrA, DrB entsprechen, an die Erreger 2a und 2b aus.
Die Wirkungsweise der neunten Ausführungsform, die die oben erörterte Struktur besitzt, wird hiernach dargestellt.
Der Stromzwangsverstärker 30 lässt ein Zwangsverstärkungs-Stromsignal, das auf einem Erkennungsergebnis der Abweichungsdetektoren 20a und 20b beruht, auf den Erregerstromregler 7 einwirken, wodurch das Erregerstromsteuersignal Ref zwangsweise erhöht wird.
Der Stromregler 7 ist mit dem in der in 29 gezeigten siebenten Ausführungsform verwendeten identisch, während der Zwangsverstärker 30 mit dem in der in 35 gezeigten achten Ausführungsform verwendeten identisch.
In anderen Worten wird in dieser neunten Ausführungsform zusätzlich zur Struktur der in 29 gezeigten siebenten Ausführungsform der Zwangsverstärker 30 eingesetzt, der in der in 35 gezeigten achten Ausführungsform verwendet wird.
Die Wirkungsweise des Motors im ersten Zustand dieser neunten Ausführungsform wird hierunter dargelegt. Der erste Zustand ist bereits in den früheren Ausführungsformen beschrieben worden, d.h. die Abweichung zwischen Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B und Antriebsbefehlssignalen DrA, DrB fällt in einen gegebenen Bereich. Die Abweichungsermittler 11a, 11b, aus denen die Abweichungsdetektoren 20a, 20b bestehen, geben Sa und Sb mit Niveau L aus, was bereits in der fünften Ausführungsform beschrieben worden ist.
Wenn die Ausgangssignale der Ermittler 11a und 11b sich beide auf Niveau L befinden, dann stellt der Erregerstrom-Zwangsverstärker 30 ein Ausgangssignal vom NOR-Gatter 31 auf Niveau H und schaltet den Transistor 32 aus. Der Stromregler 7 funktioniert in der Weise, die in der siebenten Ausführungsform beschrieben wurde, d.h. er gibt ein Stromsteuersignal Ref als Stromwertsignale an die Eingänge Ref-A und Ref-B der Erreger 2a und 2b aus. Die Wirkungsweise ist in diesem Fall mit der in der in 29 gezeigten siebenten Ausführungsform beschriebenen identisch.
Als Nächstes werden die Fälle dargestellt, wenn der Motor in den zweiten und dritten Zustand gerät.
Im zweiten und dritten Zustand liegen die Abweichungen zwischen den Signalen CS-A, CS-B und den Signalen DrA, DrB ausserhalb des gegebenen Bereichs, was bereits in den. früheren Ausführungsformen beschrieben worden ist.
In diesen Zuständen liegt eines der Ausgangssignale Sa, Sb der Ermittler 11a und 11b auf dem Niveau H. Zu diesem Zeitpunkt stellt der Verstärker 30 das Ausgangssignal vom NOR-Gatter 31 auf das Niveau L und schaltet den Transistor 32 ein. Das Einschalten des Transistors 32 bewirkt, dass eine Spannung auf der Seite der Absolutwertschaltung 88 des Widerstandes 34 ansteigt. Im Ergebnis wird das Stromsteuersignal Ref des Stromreglers 7 zwangsweise erhöht. Der Schrittmotor wird daher im zweiten und dritten Zustand mit einem hohen Erregerstrom angetrieben.
Andererseits geben die Zeitpunktregler 4a und 4b als Reaktion auf den zweiten oder dritten Zustand Signale CS-A und CS-B oder die zu diesen Signalen umgekehrten Signale als Erregersignale IN-A und IN-B aus. In anderen Worten wird der Schrittmotor mit den Erregungswechseln, die das maximale Niveau des Drehmoments aufrecht erhalten können, beschleunigt oder verlangsamt, damit er in den ersten Zustand zurückversetzt werden kann, wo der Motor richtig funktionieren kann.
Zusätzlich zu diesen Erregungswechseln durch Regler 4a und 4b erhöht der Erregerstrom-Zwangsverstärker 30 den Erregerstrom zwangsweise, wodurch das Niveau des Drehmoments, das den Motor in den ersten Zustand zurückversetzt, weiter erhöht wird.
Wie bereits in der siebenten Ausführungsform beschrieben, kann der Motor sogar ohne den Stromzwangsverstärker 30 aus dem zweiten oder dritten Zustand in den ersten Zustand zurückversetzt werden; durch diesen neu vorgesehenen Verstärker 30 kann aber eine verzögerte Reaktion wegen des Phasendifferenzverstärkers 8 (unter anderem wegen des integrierenden Kondensators 87, der ein Element der Ladungspumpschaltung ist) vermieden werden.
Diese neunte Ausführungsform beweist, dass der Schrittmotor sofort in den ersten Zustand zurückversetzt werden kann, wo der Motor richtig funktionieren kann, wenn der Schrittmotor wegen eines der folgenden Faktoren in den zweiten Zustand gerät:
Signale DrA und DrB haben eine hohe Frequenz;
die Frequenz der Signale DrA und DrB erhöht sich plötzlich;
der Motor ist stark belastet;
die Belastung des Motors erhöht sich plötzlich; oder
der Treiber unterschreitet die Position.
Die achte Ausführungsform beweist ferner, dass der Schrittmotor sofort in den ersten Zustand zurückversetzt werden kann, wenn er wegen der folgenden Faktoren in den dritten Zustand gerät:
die Frequenz der Signale DrA, DrB sinkt plötzlich ab;
die Belastung des Motors sinkt plötzlich ab;
ein Antriebsrichtungsbefehl wird umgekehrt; oder
der Motor überschreitet die Position.
In beiden Fällen wird der Erregerstrom zwangsweise erhöht, um den Motor rasch ansprechend sofort in den ersten Zustand zurückzuversetzen.
Diese neunte Ausführungsform bewirkt natürlich die Vorteile, ie mit der fünften und siebenten Ausführungsform erzielt worden sind.
(Beispielhafte Ausführungsform 10)
37 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der zehnten beispielhaften Ausführungsform. In 37 ist ein Frequenzdiskriminator 41 für den Eingang des NOR-Gatters 31 vorgesehen, das ein Element des Erregerstrom-Zwangsverstärkers 30 ist. Die anderen Elemente sind die gleichen wie die in der neunten Ausführungs form. Die Kombination des Frequenzdiskriminators 41 mit dem Verstärker 30 bildet den Start-Stopp-Erreger 40.
Die Wirkungsweise der zehnten Ausführungsform, die die oben erörterte Struktur besitzt, wird hierunter dargestellt.
Wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich zu drehen, so hat allgemein beim Anlaufen das Antriebsbefehlssignal eine ziemlich niedrige Frequenz, und die Signalfrequenz wird Schritt um Schritt erhöht, was als ein „weicher Start" bezeichnet wird. Wenn der Schrittmotor für eine Positionierkontrolle angehalten wird, ist natürlich die Antriebsbefehlsfrequenz „0" (null). In anderen Worten haben die Antriebsbefehlssignale DrA, DrB eine niedrige Frequenz oder die Frequenz „0" (null), wenn sich der Motor zu drehen beginnt oder zur Positionierkontrolle angehalten wird.
Wenn dieser Vorgang umgekehrt verwendet wird, kann die Frequenz der Signale DrA, DrB einem Benutzer aussagen, in welchem Modus der Motor arbeitet, d.h. im Anlaufmodus, zur Positionskontrolle angehalten oder im regulären Antriebsmodus.
Der Frequenzdiskriminator 41 stellt fest, ob die Frequenz der Signale DrA, DrB unter oder über einem gegebenen Wert liegt. Wenn die Frequenz niedriger als der gegebene Wert ist, dann gibt der Diskriminator ein Signal des Niveaus H aus. In anderen Worten gibt der Frequenzdiskriminator ein Signal des Niveaus H aus, wenn Signale DrA, DrB eine niedrige Frequenz haben und auch, wenn sich der Motor im Anlaufmodus oder für die Zwecke einer Positionierkontrolle im Haltemodus befindet.
Wenn das Ausgangssignal des Diskriminators auf Niveau H liegt, erhöht der Verstärker 30 das Stromsteuersignal Ref, wodurch der Erregerstrom der Wicklungen erhöht wird.
Indessen ist ein Anlaufdrehmoment erforderlich, um die Belastung zu überwinden, wenn der Motor gestartet wird. Wenn der Motor für Positionierzwecke angehalten wird, ist ein Haltedrehmoment für die genauere Positionierung erforderlich. In anderen Worten sollte, wenn der Motor anläuft oder für eine Positionierung angehalten wird, das an den Treiber angelegte Drehmoment durch eine Erhöhung des Erregerstromes der Antriebswicklungen verstärkt werden.
In dieser zehnten Ausführungsform werden der Anlaufmodus und der Haltemodus des Motors durch das Ausgangssignal des Diskriminators 41 auf Niveau H erfasst. Wenn das Ausgangssignal des Diskriminators 41 das Niveau H annimmt, erhöht der Verstärker 30 den Erregerstrom, wodurch das an den Treiber angelegte Drehmoment verstärkt wird. Im Ergebnis können das Anlaufdrehmoment und das Haltedrehmoment mit Sicherheit gewonnen werden, so dass die Leistung des Motors weiter verbessert wird.
In der zehnten Ausführungsform wird der Fall beschrieben, wo ein Start-Stopp-Erreger 40 zur neunten Ausführungsform hinzugefügt wird; die gleiche Wirkung kann aber erzielt werden, indem eine Entsprechung für den Erreger 40 in der in 29 gezeigten siebenten Ausführungsform oder in der in 35 gezeigten achten Ausführungsform vorgesehen wird.
(Beispielhafte Ausführungsform 11)
38 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 11. beispielhaften Ausführungsform. In 38 wird das OR-Signal von Sa und Sb, das von den Abweichungsdetektoren 20a und 20b abgegriffen wird, als ein Gleichlaufverlustsignal „UL" an ein übergeordnetes Gerät ausserhalb dieser Antriebsvorrichtung geliefert. Dies ist zusätzlich zu der in 37 gezeigten zehnten Ausführungsform vorgesehen. Die anderen Elemente sind die gleichen wie die in der zehnten Ausführungsform verwendeten.
Die Wirkungsweise der wie oben aufgebauten 11. Ausführungsform wird hierunter dargestellt.
Zuerst wird der Fall dargestellt, wenn sich der Motor im ersten Zustand befindet. In diesem Fall liegen die Ausgangssignale Sa, Sb der Ermittler 11a und 11b, die Elemente der Abweichungsdetektoren 20a und 20b sind, alle auf Niveau L. Dies ist bereits in der fünften Ausführungsform beschrieben worden. Das Gleichlaufverlustsignal „UL" befindet sich also auf Niveau L, d.h. die Bedingung, dass der Motor synchron mit den Antriebsbefehlssignalen DrA und DrB läuft und richtig funktioniert, wird an das übergeordnete Gerät übermittelt.
Als Nächstes werden die Fälle dargestellt, wenn der Motor in den zweiten und dritten Zustand gerät.
In diesen Fällen befindet sich eines der Ausgangssignale, Sa oder Sb, der Ermittler 11a bzw. 11b auf Niveau H. Das Gleichlaufverlustsignal „UL" befindet sich daher auf Niveau H, d.h. die Bedingung, dass der Motor nicht mit den Signalen DrA, DrB synchron ist und nicht bereit ist, richtig zu funktionieren, wird an das übergeordnete Gerät übermittelt.
Das übergeordnete Gerät kann mit dieser Übermittlung des Gleichlaufverlustsignals „UL" feststellen, ob der in das System eingebaute Schrittmotor richtig funktioniert oder nicht. Wenn zum Beispiel das übergeordnete Gerät erkennt, dass das Signal „UL" auf Niveau H liegt, dann verringert diese Vorrichtung die Frequenz der Signale DrA und DrB, so dass das Signal „UL" auf das Niveau L zurückkehrt (Rückkopplungssteuerung).
In anderen Worten kann, wenn das übergeordnete Gerät den Motor steuert, der Motor so angetrieben werden, dass er mit dem Antriebsbefehlssignal synchron gehalten wird, gerade ehe das Signal „UL" vom Niveau L auf das Niveau H ansteigt. Der Motor kann so bis an die Grenze seiner Kennlinie angetrieben werden, was maximale Leistung des Motors bringen kann.
In der 11. Ausführungsform wird der Fall beschrieben, wo die Struktur, die ein Gleichlaufverlustsignal „UL" liefert, zur zehnten Ausführungsform hinzugefügt wird; die gleiche Wirkung kann aber erzielt werden, indem eine Entsprechung für diese Struktur in der in 21 gezeigten fünften Ausführungsform, in der in 29 gezeigten siebenten Ausführungsform, in der in 35 gezeigten achten Ausführungsform oder in der in 36 gezeigten neunten Ausführungsform vorgesehen wird.
(Beispielhafte Ausführungsform 12)
39 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 12. beispielhaften Ausführungsform. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in 36 gezeigten neunten Ausführungsform hauptsächlich in den folgenden Punkten:
In der neuten Ausführungsform arbeitet der Erregerstrom-Zwangsverstärker 30 reagierend auf die Ausgangssignale Sa, Sb der Ermittler 11a und 11b, die Elemente der Abweichungsdetektoren 20a und 20b sind, während in der 12. Ausführungsform weiterhin die Ausgangssignale S4a und S4b vorgesehen sind und der Verstärker 30 auf diese neu vorgesehenen Ausgangssignale reagierend arbeitet. Zusätzlich zu diesem hauptsächlichen Unterschied erlaubt die neunte Ausführungsform, dass das NOR-Gatter 31 den Transistor 32 ein- und ausschaltet, während diese 12. Ausführungsform erlaubt, dass das AND-Gatter 231 und der Inverter 235 den pnp-Transistor 32 ein- und ausschalten.
Beide Ausführungsformen besitzen jedoch die gleiche Struktur, indem durch Einschalten des Transistors 32 das Erregerstromsteuersignal Ref zwangsweise erhöht wird.
Die Abweichungsdetektoren 20a und 20b arbeiten in der 12. Ausführungsform wie folgt. Da beide Detektoren, d.h. 20a und 20b, identisch arbeiten, wird hier nur der Detektor 20a beschrieben.
Detektor 20a kann zusätzlich zum ersten, zweiten und dritten Zustand, die früher erörtert und wie folgt zusammengefasst werden, einen vierten Zustand erkennen:
der erste Zustand: ein Unterschied in der Impulszahl, d.h. eine Abweichung, zwischen dem Antriebsbefehlssignal DrA und dem Positionserkennungssignal CS-A fällt in einen gegebenen Bereich;
der zweite Zustand: die Abweichung liegt ausserhalb des gegebenen Bereichs, und ein Vorwärts-Drehmoment ist erforderlich, um den Treiber in die positive Richtung zu lenken, damit die Abweichung in den gegebenen Bereich fällt;
der dritte Zustand: die Abweichung liegt ausserhalb des gegebenen Bereichs, und ein Rückwärts-Drehmoment ist erforderlich, um den Treiber in die negative Richtung zu lenken, damit die Abweichung in den gegebenen Bereich fällt.
Der vierte Zustand besteht darin, dass die Abweichung sich über den gegebenen Bereich hinaus erstreckt. In dieser Ausführungsform hat zum Beispiel der vierte Zustand eine um ±1 breitere Spanne aus der erste Zustand.
Konkreter liegt die Abweichung des ersten Zustands innerhalb eines Bereichs von ±1, während die des vierten Zusands innerhalb eines Bereichs von ±2 liegt.
Der Abweichungsdetektor 20a gibt ein Signal S4a mit Niveau L aus, wenn er den vierten Zustand erkennt. Wenn der Detektor 20a erkennt, dass die Abweichung den vierten Zustand verlässt, gibt er ein Signal S4a mit Niveau H aus. Der Detektor 20b arbeitet in der gleichen Weise, und somit sind die Ausgangssignale S4b die gleichen wie S4a.
Die weitere Wirkungsweise der Detektoren 20a und 20b der 12. Ausführungsform ist die gleiche wie die in der neunten und anderen zuvor erörterten Ausführungsformen.
Der Erregerstrom-Zwangsverstärker 30 erlaubt, dass das AND-Gatter 231 und der Inverter 235 den Transistor 32 einschalten, wenn Detektoren 20a und 20b die Signale S4a und S4b auf Niveau H ausgeben. In anderen Worten erhöht der Verstärker 30 den Erregerstrom, wenn Detektoren 20a und 20b beide erkennen, dass die Abweichung ausserhalb des vierten Zustands liegt.
Die Wirkungsweise der 12. Ausführungsform mit den Detektoren 20a und 20b und dem Zwangsverstärker 30, deren Wirkungsweise oben erörtert wurde, wird hierunter dargestellt.
In der 12. Ausführungsform wird die zwangsweise Erhöhung des Erregerstroms als Reaktion auf die Abweichung im vierten Zustand gesteuert. Dieser Punkt unterscheidet sich von der neunten Ausführungsform, aber die übrigen Operationen sowie die Vorteile sind die gleichen wie die der neunten Ausführungsform.
Daher werden nur die Unterschiede gegenüber der neunten Ausführungsform beschrieben. Allgemein werden, wenn die Positionsdetektoren 3a und 3b (zum Beispiel Hall-Elemente) am Motor montiert werden, einige Abmessungsfehler erzeugt, und die Ausgangssignale CS-A und CS-B enthalten einige Fehlerfaktoren wie zum Beispiel ein Offset. Der Phasenunterschied zwischen den Signalen CS-A und CS-B kann nicht ideal 90° des elektrischen Winkels betragen (im Falle eines Zweiphasenmotors), und die Ausgangszyklen dieser Signale sind möglicherweise ungleichmässig.
40 veranschaulicht ein Beispiel einiger Fehler im Signal CS-A. 40 zeigt einen Fall, wo der Motor synchron mit den Antriebsbefehlssignalen angetrieben wird, und die durch gezogene Linie deutet die Wirkungsweise eines Signals CS-A mit Fehlern an, während die gestrichelte Linie die Wirkungsweise eines idealen Signals CS-A andeutet.
Die gestrichelte Linie zeigt, dass das ideale Signal CS-A und das Antriebsbefehlssignal DrA sich abwechselnd ändern. Die Abweichungen liegen zwischen „+1" und „–1", d.h. fallen in den ersten Zustand, gleichzeitig fallen sie auch in den vierten Zustand. Daher liegten das Signal Sa auf dem Niveau L, das Signal S4a liegt auch auf dem Niveau L. Die zwangsweise Erhöhung des Erregerstroms erfolgt daher nicht. Diese Bedingung wird beibehalten, solange der Motor synchron mit den Antriebsbefehlssignalen angetrieben wird.
Wenn andererseits das Signal CS-A einige Fehler enthält, wie mit der durchgezogenen Linie angedeutet, dann ändert sich das Signal CS-A, das sich zum Zeitpunkt t32 geändert haben sollte, erst zum Zeitpunkt „tae". Wenn in diesem Falle das Antriebsbefehlssignal DrA sich zum Zeitpunkt ta2 ändert, dann ändert sich das Signal DrA zweimal (zu den Zeitpunkten ta1 und ta2), während das Signal CS-A auf dem Niveau H bleibt. Zum Zeitpunkt ta2 erreicht die Ahweichung daher „+2". In diesem Moment fällt die Abweichung in den zweiten Zustand, und Signal Sa steigt auf das Niveau H.
In der neunten Ausführungsform wird in diesem Moment der Erregerstrom zwangsweise erhöht; die Abweichung verlässt jedoch vorübergehend den ersten Zustand wegen der im Signal CS-A enthaltenen Fehler. Wenn das Signal CS-A eine ideale Gestalt besitzt, dann ist keine zwangsweise Erhöhung erforderlich.
In diesem Moment liegt die Abweichung bei „+2" und bleibt im vierten Zustand, während Signal S4a auf dem Niveau L bleibt.
In der 12. Ausführungsform erfolgt die zwangsweise Erhöhung des Erregerstromes nicht, wenn sich das Signal S4a zum gleichen Zeitpunkt, wie oben erörtert, auf dem Niveau L befindet, da dieses Signal S4a die zwangsweise Erhöhung des Erregerstromes steuert. In anderen Worten erfolgt keine unnötige zwangsweise Erhöhung des Erregerstromes, selbst wenn das Signal CS-A den ersten Zustand wegen seiner eigenen Fehler vorübergehend verlässt.
Bis hierher ist der Fall beschrieben worden, wenn das Signal CS-A einige Fehler enthält. Wenn das Signal CS-B einige Fehler enthält oder der Phasenunterschied z wischen CS-A und CS-B Fehler enthält, ist die gleiche Wirkungsweise wie oben erörtert anwendbar. Diese Fehler tragen nicht zu einer unnötigen Erhöhung des Erregerstromes bei.
Die Beschreibung bezieht sich auf die Abweichung auf der positiven Seite. Die gleiche Wirkungsweise ist auf die Abweichung auf der negativen Seite anwendbar.
Wenn die betreffenden Ausgangssignale der Detektoren 20a und 20b, die jeder Phase zur Verfügung stehen, den Bereich von „+2" bis „–2" überschreiten, d.h. die Abweichung über den vierten Zustand hinausgeht, wo der Erregerstromregler festlegt, dass die Abweichung zum ersten Zustand zurückgeführt werden sollte, und der Verstärker 30 dann den Erregerstrom zwangsweise erhöht, so dass der Motor beschleunigt oder verlangsamt wird.
In der zwölften Ausführungsform verlässt die Abweichung also vorübergehend den ersten Zustand wegen Fehlern in den Ausgangssignalen der Detektoren, 1) wegen einer Streuung in der Anbringung der Positionsdetektoren 3a und 3b oder 2) wegen eines Offsets der Detektoren selbst. Jedoch wird der Erregerstrom nicht unnötig oder zwangsweise erhöht, sondern wird nur dann zwangsweise erhöht, wenn der Motor tatsächlich beschleunigt oder verlangsamt werden muss.
Der Phasendifferenzverstärker 8 liefert das Ausgangssignal in dieser zwölften Ausführungsform von den OR-Gattern 81 und 82 über den Wähler 201 an die Ladungspumpschaltung 83, während der Verstärker 8 das Ausgangssignal von der Ladungspumpschaltung 83 als Erregerstromsteuersignal Ref über den Widerstand 34 liefert.
Wähler 201 übermittelt die betreffenden Ausgangssignale von den OR-Gattern 81 und 82 je nach dem Signal FR, das die Antriebsrichtung des Motors anweist, zur Ladungspumpschaltung 83. In anderen Worten werden, wenn der Motor durch das Signal FR angewiesen wird, sich in der positiven Richtung zu drehen, die Stromquellen 84 und 85 als Reaktion auf die Ausgangssignale der OR-Gatter 81 und 82 über den Wähler 201 gesteuert. Wenn der Motor durch das Signal FR angewiesen wird, sich in der negativen Richtung zu drehen, übermittelt der Wähler 201 die Ausgangssignale der OR-Gatter 81 und 82 an die Schaltung 83, damit die Stromquellen 85 und 84 entsprechend gesteuert werden können. So, wie diese Wirkungsweise bereits in der dritten Ausführungsform beschrieben worden ist, wechseln sich die in das OR-Gatter 81 gelieferten Signale RN-A und RN-B und die in das OR-Gatter 82 gelieferten Signale RP-A und RP-B je nach der Motorantriebsrichtung in ihren Funktionen untereinander ab. Durch den neu in der zwölften Ausführungsform vorgehenen Wähler 201 kann die Absolutwertschaltung 88 in der in 10 gezeigten dritten Ausführungsform entfallen.
Der Phasendifferenzverstärker 8, der wie oben aufgebaut ist, wirkt in der gleichen Weise wie die früher erörterten Phasendifferenzverstärker, und der Erregerstromregler 7, der diesen Verstärker 8 enthält, funktioniert ebenfalls gänzlich in der gleichen Weise wie in den vorangehenden Ausführungsformen erörtert.
(Beispielhafte Ausführungsform 13)
41 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 13. Ausführungsform. Ein Unterschied von 41 gegenüber der 39, die die 12. Ausführungsform veranschaulicht, liegt in der Art des Aufbaus des Erregerstrom-Zwangsverstärkers 30. In dieser 13. Ausführungsform wird ein Ausgangssignal vom AND-Gatter 231, an das die Ermittler 11a und 11b die Signale S4a und S4b ausgeben, zur Basis des npn-Transistors 237 geleitet, dessen Ermitter geerdet ist. Der Kollektor des Transistors 237 ist mit einem Eingang des integrierenden Verstärkers 86 verbunden. Der Verstärker 30 umfasst das AND-Gatter 231 und den Transistor 237, die oben erörtert wurden.
Diese Struktur erlaubt es, dass der Verstärker 30 den Transistor 237 einschaltet, wodurch die Spannung am Eingang des integrierenden Verstärkers 86 verringert, aber die Spannung am Ausgang des Verstärkers 86 erhöht wird, wenn die Abweichung den vierten Zustand verlässt und die Signale S4a und S4b beide auf das Niveau H steigen. In anderen Worten kann der Erregerstrom zwangsweise erhöht werden, wenn die von den Detektoren 20a und 20b erkannten Abweichungen den vierten Zustand verlassen und festgestellt wird, dass der Motor eine Beschleunigung oder Verlangsamung erfordert. Dies ist die gleiche Bedingung wie in der 12. Ausführungsform.
Wenn die Abweichung im vierten Zustand bleibt, dann bleibt eines der Signale, S4a oder S4b, auf dem Niveau L. In diesem Falle wird der Transistor 237 ausgeschaltet. In anderen Worten wird, wenn die Abweichung auf Grund von in den Signalen CS-A und CS-B enthaltenen Fehlern vorübergehend den ersten Zustand verlässt, der Erregerstrom nicht zwangsweise oder unnötig erhöht. Dies ist ebenfalls die gleiche Bedingung wie in der 12. Ausführungsform.
Die oben erörterte Darstellung beweist, dass die 13. Ausführungsform die gleiche Wirkungsweise wie die 12. Ausführungsform erzielen kann. Streuungen bei der Montage der Positionsdetektoren 3a und 3b am Motor oder ein Offset in den Detektoren selbst erzeugen gewisse Fehler im Ausgangssignal der Detektoren. Obwohl diese Fehler die Abweichung veranlassen, den ersten Zustand vorübergehend zu verlassen, wird der Erregerstrom nicht zwangsweise oder unnötig erhöht, sondern wird nur dann zwangsweise erhöht, wenn der Motor eine Beschleunigung oder Verlangsamung braucht.
(Beispielhafte Ausführungsform 14)
42 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 14. beispielhaften Ausführungsform.
Ein Unterschied von 42 gegenüber der 39, die die 12. Ausführungsform veranschaulicht, liegt in der Art des Aufbaus des Erregerstrom-Zwangsverstärkers 30. In dieser 14. Ausführungsform wird ein Ausgangssignal vom AND-Gatter 231, an das die Ermittler 11a und 11b die Signale S4a und S4b ausgeben, an einen voreinstellbaren Anschluss des Up-Down- Zählers 209 geleitet, der eines der Elemente des Integrators 200 ist. Ein digitales Ausgangssignal vom Zähler 209 wird durch den D/A-Wandler 211 in eine Analogspannung umgewandelt. Der Erregerstrom-Zwangsverstärker 30 besteht nur aus dem AND-Gatter 231.
Der Integrator 200 umfasst einen Oszillator 233, AND-Gatter 205 und 207, einen Up-Down-Zähler 209 und den D/A-Wandler 211. Der Integrator 200 wird gebildet, indem die Ladungspumpschaltung 83 in der 12. Ausführungsform durch eine digitale Schaltung ersetzt wird. Die Wirkungsweise des Integrators 200 ist daher mit der der Ladungspumpschaltung 83 identisch. Die Wirkungsweise des Phasendifferenzverstärkers 8, der den Integrator 200 einschliesst, ist ebenfalls mit der des Phasendifferenzverstärkers identisch, der in den betreffenden Ausführungsformen verwendet wurde.
Wenn Signal FR den Motor anweist, sich in der positiven Richtung zu drehen, wählt der Wähler 201 ein Ausgangssignal des OR-Gatters 81 als das „Down-0"-Signal, das ein Eingangssignal für das AND-Gatter 207 sein soll, sowie ein Ausgangssignal des OR-Gatters 82 als das „Up-0"-Signal, das ein Eingangssignal des AND-Gatters 205 sein soll. Wenn Signal FR den Motor anweist, sich in der negativen Richtung zu drehen, wählt der Wähler 201 ein Ausgangssignal des OR-Gatters 81 als das „Up-0"-Signal, das ein Eingangssignal des AND-Gatters 205 sein soll, sowie ein Ausgangssignal des OR-Gatters 82 als das „Down-0"-Signal, das ein Eingangssignal des AND-Gatters 207 sein soll.
In dieser Struktur wird, wenn die Abweichung den vierten Zustand verlässt und die Signale S4a und S4b beide auf das Niveau H ansteigen, der Up-Down-Zähler 209 voreingestellt, wodurch sich die Ausgangsspannung des D/A-Wandlers 211 erhöht. Im Ergebnis wird der Erregerstrom zwangsweise erhöht.
Wenn die von den Detektoren 20a und 20b erkannten Abweichungen den vierten Zustand verlassen und sie feststellen, dass der Motor tatsächlich eine Beschleunigung oder Verlangsamung braucht, kann der Erregerstrom zwangsweise erhöht werden. Dies ist die gleiche Wirkungsweise wie in der 12. Ausführungsform.
Wenn die Abweichung im vierten Zustand bleibt, bleibt eines der Signale, S4a oder S4b, auf Niveau L. In diesem Falle wird der Up-Down-Zähler 209 nicht voreingestellt. In anderen Worten wird, wenn die Abweichung auf Grund von in den Signalen CS-A und CS-B enthaltenen Fehlern vorübergehend den ersten Zustand verlässt, der Erregerstrom nicht zwangsweise oder unnötig erhöht. Dies ist ebenfalls die gleiche Bedingung wie in der 12. Ausführungsform.
Die oben erörterte Darstellung beweist, dass die 14. Ausführungsform die gleiche Wirkungsweise wie die 12. Ausführungsform erzielen kann. Streuungen bei der Montage der Positionsdetektoren 3a und 3b am Motor oder ein Offset in den Detektoren selbst erzeugen gewisse Fehler im Ausgangssignal der Detektoren. Obwohl diese Fehler die Abweichung veranlassen, den ersten Zustand vorübergehend zu verlassen, wird der Erregerstrom nicht zwangsweise oder unnötig erhöht, sondern wird nur dann zwangsweise erhöht, wenn der Motor eine Beschleunigung oder Verlangsamung braucht.
(Beispielhafte Ausführungsform 15)
43 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 15. beispielhaften Ausführungsform.
Die 15. Ausführungsform unterscheidet sich von der in 42 gezeigten 14. Ausführungsform im folgenden Punkt.
In der 15. Ausführungsform sind die Verzögerungssignalwähler 5a und 5b und die Erregersignalwähler 14a und 14b, die beide als Elemente in der 14. Ausführungsform benutzt werden, eliminiert. Die 15. Ausführungsform setzt neu ein AND-Gatter 203 ein, das ein „Down-O"-Signal, das eines der Ausgangssignale des Wählers 201 des Phasendifferenzverstärkers 8 ist, sowie ein Ausgangssignal „m" vom Haltedauergenerator 101 empfängt, der ebenfalls neu vorgesehen ist. Das Ausgangssignal „Down" des AND-Gatters 203 wird einem der Eingänge des AND-Gatters 207 zugeführt. Der Haltedauergenerator 101 und das AND-Gatter 207 bilden den Erregerstrom-Abnahmehalter 100. Der Haltedauergenerator 101 empfängt die Positionserkennungssignale CS-A und CS-B, und gibt jedesmal, wenn sich entweder CS-A oder CS-B vom Niveau L auf das Niveau H oder umgekehrt bewegt, ein Signal mit einer gegebenen Impulsbreite aus. Der Generator 101 umfasst einen Signaldauergenerator 213 und einen Inverter 215, der ein Ausgangssignal des Generators 213 umkehrt und es dann an das AND-Gatter 203 ausgibt.
Der Erregerstrom-Abnahmehalter 100 hält den Erregerstromregler 7 davon ab, das Erregerstromsteuersignal Ref zu verändern, so dass der Erregerstromregler 7 den maximalen Erregerstrom der Wicklungen verringert, während der Haltedauergenerator 101 ein Erregerstrom-Abnahmehaltesignal „m" ausgibt.
Die Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung mit der obigen, der 15. Ausführungsform gemässen Struktur wird hierunter unter Bezugnahme auf 44A bis 44C dargestellt.
44A veranschaulicht die Wirkungsweise in einem Fall, wenn der Motor in der positiven Richtung angetrieben wird und die Antriebsbefehlssignale DrA und DrB gegenüber den Positionserkennungssignalen CS-A und CS-B verzögert sind.
In diesem Falle verringert der Erregerstromregler 7 das Erregerstromsteuersignal Ref mit dem Befehlsverzögerungssignal RN-A und RN-B entsprechend dem Phasenunterschied zwischen DrA, DrB und CS-A, CS-B.
In 44A wählt der Wähler 201 das Ausgangssignal des OR-Gatters 81 als sein „Down-0"-Ausgangssignal. Das „Down-0"-Signal ist somit das OR-Signal von den Signalen RN-A und RN-B und hat eine Impulsbreite (eine Breite auf dem Niveau H), das dem Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal entspricht, wie ihn die Signale RN-A und RN-B besitzen.
Andererseits wird ein Ausgangssignal des Signaldauergenerators 213 durch den Inverter 215 logisch umgekehrt, und das sich ergebende Signal wird als das Erregerstrom-Abnahmehaltesignal „m" vom Inverter 215 abgegriffen. Das Signal „m" nimmt jedesmal, wenn eines der Signale, CS-A oder CS-B, sich ändert, für eine gegebene Zeitdauer das Niveau L ein.
Das AND-Gatter 203 gibt somit das „Down"-Signal, dessen Impulsbreite (eine Impulsbreite auf dem Niveau H) um die Breite des Signals „m" (eine Breite auf dem Niveau L) geringer als die Breite des „Down-0"-Signals (eine Breite auf dem Niveau H) ist, an den Integrator 200 aus.
Der Integrator 200 zählt den Up-Down-Zähler 209 rückwärts, wodurch das Erregerstromsteuersignal Ref verringert wird, während das „Down"-Signal auf dem Niveau H bleibt. Eine Verringerung des Signals Ref führt zu einer Verringerung des maximalen Erregerstroms des Motors. Dann nähert sich der Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal dem Wert „0" (null), wie bereits in der dritten Ausführungsform erörtert. Diese Operation dauert fort, bis die Impulsbreite des „Down-0"-Signals kleiner als die des Signals „m" wird, wodurch die Lieferung von „Down"-Signalen aufhört (sie bleiben auf dem Niveau L).
In anderen Worten wird die Verringerung des Erregerstroms in dem Moment angehalten, wenn die Verzögerung der Signale CS-A, CS-B gegenüber DrA, DrB kleiner als die Impulsbreite des Signals „m" wird, d.h. er wird mit einem gewissen Spielraum angehalten, ehe er das Minimum des Erregerstroms für die Belastung erreicht.
Somit hört in dieser 15. Ausführungsform die Verringerung des Erregerstroms mit einem gewissen Spielraum bezüglich der Belastung auf, und die Erregerstromsteuerschleife wird geöffnet, d.h. wenn der Erregerstrom auf den „Minimalwert + α" verringert worden ist, wird der Motor noch weiter angetrieben (offene Steuerung). Die Abnahme des Erregerstroms, die nicht bis zum Minimalwert hinabgeht, sondern auf dem „Minimalwert + α" gehalten wird, erlaubt es, dass der Schrittmotor von seiner eigenen Rückstellfähigkeit Gebrauch macht, so dass eine Belastungsstörung, sofern sie auftritt, kontrolliert werden kann. 44B veranschaulicht diese Wirkungsweise. Durch eine offene Erregerstromsteuerung kann ein elektronisches Rückkopplungssystem eliminiert und instabile Steuerung vermieden werden. Dieser Vorteil führt zu vermehrter Wirkung bei einer höheren Erkennungsauflösung des Positionserkennungssignals und einer geringeren Antriebsgeschwindigkeit des Motors. Somit trägt dieser Vorteil zu einer Kostensenkung und zu einer geringeren Grösse der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung bei. Des Weiteren beweist die 15. Ausführungsform, dass ein Einfluss der Montagegenauigkeit des Positionsdetektors gemildert werden kann. 44C veranschaulicht diesen Vorteil. In 44C hat das vom Regler 7 gelieferte Erregerstromsteuersignal Ref manchmal eine grosse Welligkeit, wenn der Positionsdetektor nicht so genau montiert worden ist. Der Erregerstrom-Abnahmehalter 100 unterdrückt die Welligkeit des Signals Ref und trägt zu einer Stabilisierung der Erregerstromsteuerung bei.
(Beispielhafte Ausführungsform 16)
45 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 16. beispielhaften Ausführungsform. Die 16. Ausführungsform unterscheidet sich von der in 43 gezeigten 15. Ausführungsform im folgenden Punkt.
In der 16. Auführungsform werden Verzögerungssignalwähler 5a und 5b sowie Erregersignalwähler 14a und 14b zu der Struktur gemäss der 15. Ausführungsform hinzugefügt, so dass Erregungszeitpunktregler 4a und 4b gebildet werden.
Diese Struktur erlaubt es der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 16. Ausführungsform, die Vorteile der 15. Ausführungsform wie auch den Vorteil der Erregungszeitpunktregler 4a und 4b zu besitzen, der bisher in früheren Ausführungsformen erörtert worden war, d.h. den Vorteil, die Möglichkeit eines Gleichlaufverlusts umfassend zu vermeiden.
Das in 43 und in 45 erörterte Erregerstrom-Abnahmehaltesignal „m" kann bei jeder Eingabe von Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B während einer Zeitdauer ausgegeben werden, die auf die Motorgeschwindigkeit reagiert. In diesem Falle kann der Signaldauergenerator 213, wie in 46 gezeigt, einen Lader/Entlader enthalten, der bei jeder Änderung des Signals CS-A oder CS-B den Generator 213 entlädt und den Generator 213 dann lädt, wenn er völlig entladen ist. Der Generator 213 gibt das Signal „m" aus, während der Lader/Entlader entlädt. Die Ausgangsdauer des Signals „m" kann willkürlich verändert werden, indem das Verhältnis von Laden zu Entladen verändert wird.
Somit kann die Ausgabe des Signals „m" auf die Motorgeschwindigkeit so reagieren, dass die Impulsbreite des Signals „m" unabhängig von der Motorgeschwindigkeit einen ge gebenen elektrischen Winkel anzeigen kann. Die Verringerung des Erregerstroms wird somit unabhängig von der Motorgeschwindigkeit stabil, so dass die Rückstellfähigkeit des Motors gegenüber Belastungsstörungen stabil und nutzbar wird. Dies ist ein Vorteil, wenn die Motorgeschwindigkeit über einen weiten Bereich variiert wird.
Das Erregerstrom-Abnahmehaltesignal „m" kann bei jeder Eingabe der Signale CS-A, CS-B während einer gegebenen Zeitdauer ausgegeben werden. In diesem Fall kann der Signaldauergenerator 213, wie in 47 gezeigt, eine Einfach-Mehrfach-Schaltung enthalten, die bei jeder Änderung der Signale CS-A oder CS-B arbeitet.
Bei einer Anwendung mit einem engen Bereich der Geschwindigkeitsänderungen kann die Ausgabedauer des Signals „m" während einer gegebenen Zeitdauer einfach bleiben, wie oben erörtert.
(Beispielhafte Ausführungsform 17)
48 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 17. beispielhaften Ausführungsform. Die 17. Ausführungsform unterscheidet sich von der in 45 gezeigten 16. Ausführungsform in den folgenden Punkten.
In der 17. Ausführungsform sind zusätzlich zur Struktur der 16. Ausführungsform der Erregersignal-Stabilitätsermittler 120 und die Wähler 127, 129 vorgesehen.
Der Phasenspeicher 121 empfängt ein Positionserkennungssignal CS-A sowie dessen Umkehrsignal, die vom Positionsdetektor 3a geliefert werden, sowie ein Abweichungssignal, das vom Abweichungszähler 10a geliefert wird, und gibt Signale an den Übereinstimmungsdetektor 125 aus. Auf die gleiche Weise empfängt der Phasenspeicher 123 ein Positionserkennungssignal CS-B und dessen Umkehrsignal, die vom Positionsdetektor 3b geliefert werden, sowie ein Abweichungssignal, dass vom Abweichungszähler 10b geliefert wird, und gibt Signale an den Übereinstimmungsdetektor 125 aus. Die Phasenspeicher 121 und 123 sowie der Übereinstimmungsdetektor 125 bilden den Erregersignal-Stabilitätsermittler 120.
Der Wähler 127 empfängt ein Ausgangsignal vom Detektor 125, ein Antriebsbefehlssignal DrA sowie ein Ausgangsignal vom Erregersignalwähler 14a und gibt ein Signal an den Eingang IN-A des Erregers 2a aus. Auf gleiche Weise empfängt der Wähler 129 ein Ausgangssignal vom Detektor 125, ein Antriebsbefehlssignal DrB sowie ein Ausgangssignal vom Erregersignalwähler 14b und gibt ein Signal an den Eingang IN-B des Erregers 2b aus.
Die oben erörterten Strukturaspekte der 17. Ausführungsform sind die gegenüber der Struktur der 16. Ausführungsform unterschiedlichen Punkte.
Die Wirkungsweise der 17. Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 49A und 49B dargestellt.
Der Erregungszeitpunktregler 4a empfängt das Antriebsbefehlssignal DrA und das Positionserkennungssignal CS-A und gibt als Reaktion auf die Eingabezeitpunkte der Signale DrA oder CS-A ein Erregersignal aus. In gleicher Weise empfängt der Regler 4b das Antriebsbefehlssignal DrB und das Positionserkennungssignal CS-B und gibt als Reaktion auf die Eingabezeitpunkte der Signale DrB oder CS-B ein Erregersignal aus.
Der Regler 4a gibt ein Erregersignal als Reaktion auf den Eingabezeitpunkt des Antriebsbefehlssignals aus, wenn ein vom Antriebsbefehlssignal abhängiger Erregungswechsel das Drehmoment in eine Richtung lenkt, die so wirkt, dass der Motor 1 sich in einer erwünschten Richtung dreht. Andererseits gibt der Regler 4a ein Erregersignal als Reaktion auf den Eingabezeitpunkt des Positionserkennungssignals aus, wenn ein vom Antriebsbefehlssignal abhängiger Erregungswechsel das Drehmoment in eine Richtung lenkt, die ungünstig dafür ist, dass sich der Motor in einer erwünschten Richtung dreht. Diese Wirkungsweise ist auf den Regler 4b anwendbar.
Ein Fall, wo ein Fehler zwischen den Positionserkennungssignalen CS-A und CS-B auftritt, wird hiernach erörtert.
Dieser Fehler wird durch die mechanische Genauigkeit der Montage der Detektoren 3a, 3b am Motor und ein innewohnendes Ausgangsoffset der Detektoren erzeugt und bewirkt ein Ungleichgewicht zwischen den Ausgangszyklen der Signale CS-A und CS-B sowie eine Phasenverschiebung zwischen den Signalen CS-A und CS-B.
49A veranschaulicht die Wirkungsweise, wenn der oben erörterte Fehler zwischen den Signalen CS-A und CS-B auftritt. In 49A zeigt eine gestrichelte Linie ein ideales Signal an, während eine durchgezogene Linie ein Signal mit einem Fehler anzeigt.
Wenn die betreffenen Phasenunterschiede zwischen den Signalen CS-A, CS-B und DrA, DrB nahe bei „0" (null) liegen, täuscht der Fehler vor, dass sich Verzögerung und Voreilung dieser Signale häufig abwechseln. In diesem Falle geben die Regler 4a und 4b von diesen Signalen als Erregersignale die später ankommenden aus, nachdem sie die Verarbeitung durch die Verzögerungssignalwähler 5a, 5b durchgemacht haben, um die oben erörterte Operation auszuführen. Das Erregersignal reagiert aber wegen der häufigen Wechsel zwischen Verzögerung und Voreilung auf Signale CS-A, CS-B oder DrA, DrB.
Wenn solche Erregersignale den Erregern 2a, 2b zugeführt werden, ergibt sich eine starke Welligkeit des Drehmoments, und das durchschnittliche Drehmoment verringert sich, wie in 49A gezeigt.
Der Erregersignal-Stabilitätsermittler 120 und die Wähler 127 und 129 sind vorgesehen, um diese Probleme zu vermeiden.
Der Stabilitätsermittler 120 stellt fest, ob das Erregersignal vom Regler 4a sich in einem stabilen Zustand befindet, d.h. ob das Erregersignal über eine verhältnismässig lange Zeitdauer hinweg auf einen dieser Eingabezeitpunkte reagiert, oder ob das Erregersignal sich in einem instabilen Zustand befindet, d.h. ob sich das Erregersignal als Reaktion auf diese Eingabezeitpunkte innerhalb einer verhältnismässig kurzen Zeitdauer ändert. Diese Wirkungsweise ist auf den Regler 4b anwendbar.
Der Wähler 127 wählt auf der Basis der Ermittlung durch den Ermittler 120 entweder das Antriebssignal oder das Erregersignal und gibt ein Signal an den Erreger 2a aus. Der Wähler 129 funktioniert in der gleichen Weise.
Wenn der Ermittler 120 feststellt, dass das Erregersignal sich im stabilen Zustand befindet, wählen Wähler 127 und 129 die Erregersignale. Wenn der Ermittler 120 andererseits feststellt, dass das Erregersignal sich im instabilen Zustand befindet, dann wählen Wähler 127 und 129 die Antriebsbefehlssignale. 50 veranschaulicht eine Struktur des Ermittlers 120.
Der in 50 veranschaulichte Ermittler erkennt die Phasenbeziehung zwischen den Signalen CS-A, CS-B und DrA, DrB mit den von den Abweichungszählern 10a, 10b gelieferten Abweichungen. (Phasenbeziehung: Signale DrA, DrB sind gegenüber den Signalen CS-A, CS-B vorgeeilt oder verzögert; gelieferte Abweichungen: wenn der Motor in der positiven Richtung angetrieben wird, beträgt die Abweichung „+1" oder „0", wenn in der negativen Richtung, beträgt die Abweichung „–1" oder „0".) Diese mit der Abweichung erkannte Phasenbeziehung wird in einer Mehrzahl von Flipflops vom D-Typ mehrere Male (virmal) immer dann gespeichert, wenn sich die Signale CS-A, CS-B ändern. Der Übereinstimmungsdetektor 125 erkennt, ob diese in den Flipflops gespeicherten vier Phasenbeziehungen alle identisch sind oder nicht. Wenn die vier gespeicherten Beziehungen alle identisch sind, wird der Zustand als stabil erkannt, aber wenn zumindest eine der gespeicherten Beziehungen sich von den anderen unterscheidet, wird der Zustand als instabil erkannt.
Der Ermittler 120 stellt auf der Basis der ziemlich längeren Zeitdauer, während der die Phasenbeziehung unverändert bleibt, fest, ob die von den Reglern 4a, 4b gelieferten Erregersignale sich in einem stabilen Zustand befinden oder nicht. Diese ziemlich längere Zeitdauer wird durch die oben erörterte Anzahl von gespeicherten Phasenbeziehungen bestimmt.
49B veranschaulicht eine Wirkungsweise der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 17. Ausführungsform, in der ein Ermittler 120 sowie Wähler 127, 129 vorgesehen sind.
In 49B befindet sich das Erregersignal in einem instabilen Zustand während der Zeitdauer, über die hinweg das Ausgangssignal PJ des Ermittlers 120 auf dem Niveau L bleibt. Während dieser Zeit senden Wähler 127 und 129 Antriebsbefehlssignale DrA, DrB an die Erreger 2a, 2b.
Wenn die durch die Regler 4a, 4b gelieferten Erregersignale wegen der Fehler in den Signalen CS-A, CS-B instabil werden, wird die Erregung der Antriebswicklungen des Motors als Reaktion auf die Antriebssignale DrA, DrB in einer stabilen Weise gewechselt. Im Ergebnis kann die Welligkeit des Drehmoments innerhalb kleiner Werte eingestellt werden, und der Motor wird ohne eine Verringerung des Drehmoments weiter angetrieben.
Wenn sich die Erregersigale im stabilen Zustand befinden und das Ausgangssignal PJ das Niveau H annimmt, geben Regler 4a, 4b die Erregersignale an Erreger 2a, 2b aus, so dass der Motor ohne Gleichlaufverlust weiter angetrieben wird, wie in vorangegangenen Ausführungsformen erörtert.
Für den Ermittler 120 wurde gesagt, dass die Phasenbeziehung zwischen dem Positionserkennungssignal und dem Antriebsbefehlssignal bei jeder Änderung des Positionserkennungssignals gespeichert wird; die Phasenbeziehung kann aber auch bei jeder Änderung des Antriebsbefehlssignals gespeichert werden. In der obigen Darstellung hat der Abweichungszähler die Phasenbeziehung erkannt; das Niveau des Antriebsbefehlssignals (oder des Positionserkennungssignals) kann aber bei einer Veränderung des Positionserkennungssignals (oder des Antriebsbefehlssignals) verriegelt werden.
Somit beweist die 17. Ausführungsform, dass der neu eingesetzte Erregersignal-Stabilitätsermittler feststellt, ob die Phasenbeziehung zwischen dem Positionserkennungssignal und dem Antriebsbefehlssignal stabil oder instabil ist, und dann wählen die ebenfalls neu eingesetzten Wähler das Antriebsbefehlssignal als Erregersignal, wenn der Ermittler feststellt, dass die Phasenbeziehung instabil ist. Die Wähler wählen das Ausgangssignal vom Erregungszeitpunktregler als Erregersignal, wenn der Ermittler feststellt, dass die Beziehung stabil ist.
Der Positionsdetektor, der zum Beispiel aus Hall-Elementen gebildet ist, gibt wegen seiner Montagegenauigkeit und seines eigenen Offsets einen gewissen Fehler aus. In diesem Falle arbeitet der Erregungszeitpunktregler instabil, indem er zum Beispiel ein Positionserkennungssignal oder ein Antriebsbefehlssignal ausgibt, was Welligkeit des Drehmoments, grössere Schwankungen in der Drehgeschwindigkeit oder ein verringertes Drehmoment begünstigt. Der Zustand, in dem der Phasenunterschied zwischen dem Positionserkennungssignal und dem Antriebsbefehlssignal nahe bei „0" (null) liegt, begünstigt diese Probleme ohne Weiteres. Die 17. Ausführungsform beweist, dass die oben erörterte Struktur diese Probleme vermeiden und stabile Erregersignale selbst dann liefern kann, wenn das Positionserkennungssignal einen Fehler hat und der Phasenunterschied nahe bei „0" (null) liegt. Welligkeit des Drehmoments, grössere Schwankungen der Drehgeschwindigkeit oder eine Verringerung des Drehmoments können somit verhindert werden. Im Ergebnis wird das Erregersignal als Antriebsbefehlssignal stabilisiert, und der Schrittmotor kann in stabiler Weise bis zur Grenze seiner Drehmomentenkennlinie angetrieben werden.
(Beispielhafte Ausführungsform 18)
51 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 18. beispielhaften Ausführungsform. In 51 sind der Erregersignal-Stabilitätsermittler 120 und die Wähler 127, 129 die gleichen wie die in der 17. Ausführungsform verwendeten.
Diese 18. Ausführungsform unterscheidet sich von der in 48 gezeigten 17. Ausführungsform in der Struktur des Positionsdetektors, d.h. der Positionsdetektor 130 ist anstelle der in der 17. Ausführungsform verwendeten Detektoren 3a und 3b vorgesehen.
Ein vom Detektor 130 geliefertes Positionserkennungssignal enthält Signale einer Phasenvoreilung und einer Phasenverzögerung bezüglich einer durch die Antriebswicklung erzeugten induktiven Spannung.
52A veranschaulicht die Beziehung zwischen den vom Detektor 130 gelieferten Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B und den Drehmomenten Ta, Tb: Drehmoment Ta wird erzeugt, wenn die Antriebswicklungen der Phase A erregt werden, Drehmoment Tb wird erzeugt, wenn die Antriebswicklungen der Phase B erregt werden. 52B veranschaulicht die Beziehung zwischen den Signalen CS-A, CS-B und jedem der Drehmomente „–Ta – Tb", „Ta – Tb", „Ta + Tb", „–Ta + Tb", die erzeugt werden, wenn die Antriebswicklungen der Phase A und der Phase B positiv oder negativ erregt werden.
Wie in diesen Figuren gezeigt, wird das Signal CS-A mit einer Phasenvoreilung gegenüber der induktiven Spannung, d.h. dem Drehmoment Ta, ausgegeben, während das Signal CS-B mit einer Phasenverzögerung gegenüber der induktiven Spannung, d.h. dem Drehmoment Tb, ausgegeben wird.
Die Wirkungsweise der 18. Ausführungsform, in der der Positionsdetektor, der ein Signal ausgibt, wie es in 52A und 52B gezeigt wird, neu vorgesehen ist, wird hiernach im Vergleich zur 17. Ausführungsform dargestellt, in der der Erregersignal-Stabilitätsermittler 120 und die Wähler 127, 129 vorgesehen sind.
Wie bereits in der 17. Ausführungsform beschrieben, stellen der Ermittler 120 und die Wähler 127, 129 fest, dass das Erregersignal instabil ist, und geben dann die Antriebs befehlssignale in die Erreger 2a, 2b ein, wenn die Phasenbeziehung z wischen dem Positionserkennungssignal und dem Antriebsbefehlssignal häufig wechselt. In anderen Worten stellt während der Zeit, in der das Antriebsbefehlssignal später als das vom Detektor 130 gelieferte Phasenvoreilungssignal, aber früher als das Verzögerungsphasensignal eingegeben wird, der Ermittler 120 fest, dass das Erregersignal instabil ist, und die Erregung der Wicklungen wird als Reaktion auf das Antriebsbefehlssignal gewechselt.
Wenn der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen, wird der Motor also weiter wie ein Schrittmotor angetrieben, bis die Phase des Antriebsbefehlssignals gegenüber dem auf Phasenvoreilung eingestellten Signal CS-A voreilt. Im Ergebnis wird der durch Phasenvoreilung gegebene Vorteil realisiert, wodurch der Wirkungsgrad des Motors verbessert wird. Bekanntlich erhöht Phasenvoreilung den Wirkungsgrad des Motors.
Wenn der Motor in der negativen Richtung angetrieben wird, wird das auf Phasenverzögerung eingestellte Signal CS-B das Phasenvoreilungssignal, wenn die negative Richtung als Bezugsrichtung angesehen wird. Der Motor wird daher weiter wie ein Schrittmotor angetrieben, bis das Antriebsbefehlssignal gegenüber dem Signal CS-B in seiner Phase voreilt. Der durch Phasenvoreilung gegebene Vorteil wird ebenfalls realisiert, wodurch der Wirkungsgrad des Motors verbessert wird.
Die 18. Ausführungsform beweist, dass das vom Positionsdetektor 130 gelieferte Positionserkennungssignal Signale mit Phasenvoreilung und mit Phasenverzögerung bezüglich der induktiven Spannung enthält, so dass der Vorteil einer Phasenvoreilung ohne Rücksicht auf die Drehrichtungen realisiert wird. Im Ergebnis erhöht sich der Wirkungsgrad des Motors.
(Beispielhafte Ausführungsform 19)
53 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 19. beispielhaften Ausführungsform. In 53 sind der Erregersigal-Stabilitätsermittler 120 und die Wähler 127, 129 die gleichen wie die in der 18. Ausführungsform verwendeten.
Die 19. Ausführungsform unterscheidet sich von der in 51 gezeigten 18. Ausführungsform beim Positionsdetektor 130, der einen ersten Fühler 131 und einen zweiten Fühler 132 enthält. Der Fühler 131 ist so montiert, dass eine Phase bezüglich einer durch die Antriebswicklung erzeugten induktiven Spannung voreilt. Andererseits ist der Fühler 132 so montiert, dass eine Phase bezüglich der induktiven Spannung verzögert ist.
Die Beziehung zwischen den Ausgangssignalen CS-A und CS-B der Fühler 131 und 132 und dem durch Erregung jeder Antriebswicklung erzeugten, jeweiligen Drehmoment ist die gleiche wie die der in 52A und 52B gezeigten 18. Ausführungsform.
Die beiden Fühler können zum Beispiel aus Hall-Elementen, MR-Fühlern, optischen Kodierern oder Resolvern gebildet sein. Im Falle eines Dreiphasen-Schrittmotors, der Dreiphasen-Antriebswicklungen besitzt, können zwei von drei Fühlern verwendet werden.
Die Wirkungsweise der wie oben aufgebauten 19. Ausführungsform ist im Grunde die gleiche wie die der 18. Ausführungsform.
In anderen Worten stellt während der Zeit, in der das Antriebsbefehlssignal später als ein vom Fühler 131 geliefertes Phasenvoreilungssignal, aber früher als ein vom Fühler 132 geliefertes Phasenverzögerungssignal eingegeben wird, der Ermittler 120 fest, dass das Erregersignal instabil ist, wodurch die Erregung der Wicklungen als Reaktion auf das Antriebsbefehlssignal gewechselt wird.
Im Ergebnis wird der Vorteil einer Phasenvoreilung ohne Rücksicht auf die Drehrichtungen realisiert, so dass sich der Wirkungsgrad des Motors erhöht.
54A veranschaulicht einen Zustand, wo der Ermittler 120 feststellt, dass das Erregersignal instabil ist und die Erregung als Reaktion auf die Antriebsbefehlssignale DrA, DrB gewechselt wird.
Dieser Erregungswechsel scheint für eine Drehung des Motors in der gewünschten Richtung ungünstig zu sein; dieser Erregungswechsel ist aber tatsächlich günstig dafür, den Motor weiter anzutreiben, weil der Phasenvoreilungseffekt das Drehmoment verstärken kann.
Die Wirkungsweise wird weiter unter Bezugnahme auf 54B im Einzelnen beschrieben. Da die Antriebswicklungen des Motors eine Induktivitätskomponente besitzen, verzögert sich der Wechsel des Erregerstroms der Antriebswicklungen gegenüber den Erregungswechselsignalen (= den Signalen DrA und DrB im oben erörterten Fall). Wie in 54B gezeigt, sollten die Erregungswechselsignale somit geringfügig eher geliefert werden, wodurch das Drehmoment T erhöht wird. Dies ist für einen Phasenvoreilungseffekt gut bekannt.
In der 19. Ausführungsform erzeugt die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, die den Erregersignal-Stabilitätsermittler 120, die Wähler 127, 129 und den Positionsdetektor 130 umfasst, der aus den Fühlern 131 und 132 gebildet wird, die bezüglich der induktiven Spannung der Antriebswicklungen in der Art der Phasenvoreilung montiert sind, ohne Rücksicht auf die Drehrichtungen einen Phasenvoreilungseffekt, wodurch sich ebenso wie in der bereits erörterten 18. Ausführungsform der Wirkungsgrad des Motors erhöht.
(Beispielhafte Ausführungsform 20)
55 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 20. beispielhaften Ausführungsform. In 55 sind die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b, der Erregersignal-Stabilitätsermittler 120 und die Wähler 127 und 129 die gleichen wie die in der 19. Ausführungsform verwendeten.
Der erste Fühler 133 und der zweite Fühler 134, die den Positionsdetektor 130 bilden, sind so vorgesehen, dass die Fühler Positionserkennungssignale CS-A und CS-B ausgeben können, die bezüglich einer durch die Antriebswicklungen erzeugten induktiven Spannung, d.h. den durch Erregung jeder Antriebswicklung erzeugten Drehmomenten Ta und Tb, eine Phasenvoreilung besitzen.
Die Wirkungsweise der 20. Ausführungsform wird in 56 veranschaulicht. Wie in 56 gezeigt, eilen die Signale CS-A und CS-B im Winkel voraus. Die Regler 4a und 4b geben daher die Signale DrA und DrB als Erregersignale aus, solange die Antriebsbefehlssignale DrA und DrB eher als die die Phasenvoreilung besitzenden Signale CS-A und CS-B eingegeben werden. Im Ergebnis kann der Schrittmotor weiter auf die Antriebsbefehlssignale reagierend in Funktion gehalten werden, und zwar bis zu dem Bereich, in dem durch einen früheren Wechsel der Erregung der Antriebswicklungen ein Vorteil der Phasenvoreilung realisiert wird. Dadurch kann die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung höherer Leistung erreicht werden. Wenn Signale DrA und DrB weiterhin früher als die Signale CS-A und CS-B eingegeben werden, machen die Regler 4a und 4b die Signale CS-A und CS-B zu den Erregersignalen, wodurch eine von Gleichlaufverlust freie Schrittmotor-Antriebsvorrichtung erreicht wird, wie in früheren Ausführungsformen erörtert.
(Beispielhafte Ausführungsform 21)
57 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 21. beispielhaften Ausführungsform.
Die 21. Ausführungsform unterscheidet sich von der in 55 gezeigten 20. Ausführungsform in der Struktur des Positionsdetektors 130, der wie folgt aufgebaut ist: Der Positionssignalgenerator 135 empfängt die jeweiligen Ausgangssignale vom ersten Fühler 133 und vom zweiten Fühler 134 und gibt dann nach Verarbeitung der Signale die Positionserkennungssignale CS-A und CS-B aus.
Die Antriebswicklungen des Motors 1 umfassen erste und zweite Wicklungen, die einen Phasenunterschied von 90° des elektrischen Winkels voneinander haben.
Wenn Motor 1 in der positiven Richtung angetrieben wird, ist der erste Fühler 133 so auf den Stator montiert, dass er ein Signal ausgeben kann, das bezüglich einer durch die erste Phasenwicklung erzeugten induktiven Spannung in seiner Phase voreilt. Im gleichen Fall ist der zweite Fühler 134 so auf den Stator montiert, dass er ein Signal ausgeben kann, das bezüglich einer durch die zweite Phasenwicklung erzeugten induktiven Spannung in seiner Phase voreilt. Der Positionssignalgenerator 135 empfängt die Ausgangsignale von den Fühlern 133, 134 und erzeugt dann Positionserkennungssignale CS-A und CS-B, die den Wicklungen jeder Phase entsprechen. Die Phasenvoreilung des Ausgangssignals des Fühlers 133 beträgt ungefähr 45° des elektrischen Winkels bezüglich einer durch die erste Phasenwicklung erzeugten induktiven Spannung. Die Phasenvoreilung des Ausgangssignals des Fühlers 134 beträgt ebenfalls ungefähr 45° des elektrischen Winkels gegenüber einer durch die zweite Phasenwicklung erzeugten induktiven Spannung.
Wenn Motor 1 angewiesen wird, sich in der positiven Richtung zu drehen, gibt der Positionssignalgenerator 135 das vom Fühler 133 empfangene Signal als das der ersten Phasenwicklung entsprechende Positionserkennungssignal CS-A aus. Er gibt ebenfalls das vom Fühler 134 empfangene Signal als das der zweiten Phasenwicklung entsprechende Positionserkennungssignal CS-B aus. Wenn Motor 1 angewiesen wird, sich in der negativen Richtung zu drehen, gibt der Positionssignalgenerator 135 ein zu dem vom Fühler 133 empfangenen Signal umgekehrtes Signal als das der zweiten Phasenwicklung entsprechende Positionserkennungssignal CS-B aus. Er gibt ebenfalls ein zu dem vom Fühler 134 empfangenen Signal umgekehrtes Signal als das der ersten Phasenwicklung entsprechende Positionserkennungssignal CS-A aus.
Die Wirkungsweise der wie oben aufgebauten 21. Ausführungsform wird hiernach dargestellt.
Zuerst wird unter Bezugnahme auf 58A ein Fall dargestellt, wenn der Motor angewiesen wird, sich in der positiven Richtung zu drehen.
Der Fühler 133 gibt ein Signal S133 aus, das eine Phasenvoreilung von 45° des elektrischen Winkels bezüglich der durch die erste Phasenwicklung erzeugten induktiven Spannung „ea" besitzt. Der Fühler 134 gibt ein Signal S134 aus, das eine Phasenvoreilung von 45° des elektrischen Winkels bezüglich der durch die zweite Phasenwicklung erzeugten induktiven Spannung „eb" besitzt. Der Positionssignalgenerator 135 empfängt diese Signale S133 und S134 und gibt sie als Signale CS-A und CS-B aus. Es ist aus dieser Beschreibung offensichtlich, dass die Signale CS-A und CS-B die Phasenvoreilung von 45° des elektrischen Winkels bezüglich der induktiven Spannungen „ea" und „eb" der betreffenden Phasenwicklungen, d.h. bezüglich der durch Erregung der betreffenden Phasenwicklungen erzeugten Drehmomente Ta und TB besitzen. Daher verwenden wie in der 20. Ausführungsform die Erregungszeitpunktregler 4a und 4b die Antriebsbefehlssignale DrA und DrB als Erregersignale, solange die Antriebsbefehlssignale DrA und DrB eher als diese Phasenvoreilungssignale eingegeben werden, so dass der Schrittmotor weiter in Funktion gehalten werden kann, und zwar bis zu dem Bereich, in dem ein Vorteil der Phasenvoreilung realisiert und der Wirkungsgrad des Motors verbessert wird.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 58B ein Fall dargestellt, wenn der Motor angewiesen wird, sich in der negativen Richtung zu drehen. In diesem Falle sind die Phasenbeziehungen der Signale S133 und S134 bezüglich der induktiven Spannungen „ea" und „eb" umgekehrt zu denen, wenn Motor 1 in der positiven Richtung angetrieben wird.
Die Signale 133 und 134 sind bezüglich der induktiven Spannungen „ea" und „eb" um 45° des elektrischen Winkels phasenverzögert. Wenn Regler 4a und 4b diese Signale wie im ersten Fall, d.h. wo der Motor angewiesen war, sich in der positiven Richtung zu drehen, als Signale CS-A und CS-B verwenden, kann der Vorteil einer Phasenvoreilung nicht realisiert werden.
Wenn Motor 1 in der negativen Richtung angetrieben wird, dann gibt, wie in 58B gezeigt, der Positionssignalgenerator 135 ein zum Signal S133 umgekehrtes Signal als das Signal CS-B sowie das Signal S134 als das Signal CS-A aus. Dadurch werden die Signale CS-A und CS-B zu Signalen mit einer Phasenvoreilung von 45° des elektrischen Winkels bezüglich der induktiven Spannungen „ea" und „eb", wodurch die gleiche Wirkung einer Phasenvoreilung wie im ersten Falle erzielt wird.
Es erhellt aus der obigen Beschreibung, dass in dieser 21. Ausführungsform abhängig von der positiven oder negativen Antriebsrichtung des Motors das vom Fühler 133 gelieferte Signal S133 als Signal CS-A verwendet oder umgekehrt und als Signal CS-B verwendet wird. Ebenso sollte das vom zweiten Fühler gelieferte Signal S134 je nach der Antriebsrichtung des Motors als Signal CS-B oder CS-A verwendet werden. Diese Operationen werden durch den Generator 135 gesteuert.
Diese Steuerung ist einfach, da die Phasenvoreilung jedes Fühlers auf 45° eingestellt ist. In anderen Worten hat jeder Fühler eine Phasenvoreilung von 45°, so dass identische Ansichten der betreffenden Antriebswicklungen erreicht werden. Im Ergebnis lassen sich die Phasenvoreilungen in beiden Antriebsrichtungen mit einem einfachen Mechanismus steuern.
Die Phasenvoreilung um 45° ist nicht notwendigerweise strikt, sondern kann ungefähr 45° betragen, insofern die Motoreigenschaften dies tolerieren.
Wie oben erörtert, enthält die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 21. Ausführungsform einen Positionsdetektor 130, der den Positionssignalgenerator 135 sowie den ersten und zweiten Fühler umfasst, die ungefähr 45° des elektrischen Winkels bezüglich der durch die betreffenden Wicklungen der ersten und zweiten Phase erzeugten induktiven Spannungen besitzen. Wenn der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen, wird ein Signal vom ersten Fühler als das Positionserkennungssignal CS-A verwendet, das der ersten Wicklung entspricht, und ein Signal vom zweiten Fühler wird als Positionserkennungssignal CS-B verwendet, das der zweiten Wicklung entspricht. Andererseits wird, wenn der Motor angewiesen ist, sich in der negativen Richtung zu drehen, ein zum Signal vom ersten Fühler umgekehrtes Signal als Positionserkennungssignal CS-B verwendet, das der zweiten Wicklung entspricht, und das Signal vom zweiten Fühler wird als Positionserkennungssignal CS-A verwendet, das der ersten Phasenwicklung entspricht. Diese Signale werden durch den Positionssignalgenerator 135 gesteuert. Durch diese Struktur wird es dem Schrittmotor ermöglicht, durch die Antriebsbefehlssignale bis zu dem Bereich, in dem ein Vorteil der Phasenvoreilung realisiert wird, weiter angetrieben zu werden. Im Ergebnis kann ein Schrittmotor mit einen höheren Wirkungsgrad erzielt werden. Wenn die Antriebsbefehlssignale weiterhin eher als die Signale CS-A, CS-B eingegeben werden, machen die Regler 4a, 4b die Signale CS-A, CS-B zu den Erregersignalen. Im Ergebnis lässt sich die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, die, wie in den früheren Ausführungsformen beschrieben, frei von Gleichlaufverlust ist, erzielen.
(Beispielhafte Ausführungsform 22)
59 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 22. beispielhaften Ausführungsform.
Die 22. Ausführungsform unterscheidet sich von der in 43 gezeigten 15. Ausführungsform in der Struktur des Positionsdetektors 130. In dieser 22. Ausführungsform wird der in der 21. Ausführungsform verwendete Detektor 130 eingesetzt, während ein Erregerstrom-Verstärkungsunterbrecher 105 neu eingesetzt wird. Da der Aufbau des Detektors 130 der gleiche wie in der 21. Ausführungsform ist, wird dessen Beschreibung hier unterlassen.
Der Erregerstromregler 7 gibt ein Erregerstromsteuersignal Ref, das dem Phasenunterschied zwischen den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B und den Antriebsbefehlssignalen DrA, DrB entspricht, als Stromwertsignale Ref-A und Ref-B an die Erreger 2a, 2b aus. Indessen werden die Antriebsbefehlssignale DrA, DrB als Erregersignale IN-A, IN-B den Erregern 2a, 2b zugeführt. In diesem Falle verändert der Regler 7 das Signal Ref wie folgt.
Wenn der Wechsel in der Erregung der Windungen als Reaktion auf die Signale DrA, DrB das Drehmoment in eine Richtung lenkt, die so wirkt, dass der Motor sich in einer wünschenswerten Richtung dreht, dann verändert der Regler das Signal Ref und verringert dadurch den maximalen Erregerstrom der Windung entsprechend dem Phasenunterschied zwischen den Signalen DrA, DrB und den Signalen CS-A, CS-B. Wenn andererseits der als Reaktion auf die Signale DrA, DrB erfolgende Wechsel der Erregung der Wicklungen das Drehmoment in eine Richtung lenkt, die für eine Drehung des Motors in der erwünschten Richtung ungünstig ist, dann ändert Regler 7 das Signal Ref und erhöht dadurch den maximalen Erregerstrom der Wicklung entsprechend dem Phasenunterschied zwischen den Signalen DrA, DrB und CS-A, CS-B.
Regler 7 ist weiterhin mit einem Erregerstrom-Abnahmehalter 100, der den Haltedauergenerator 101 enthält, sowie mit einem Erregerstrom-Verstärkungsunterbrecher 105, der den Unterbrechungsdauergenerator 107 enthält, ausgerüstet. Der Halter 100 hält das Signal Ref davon ab, sich während der Zeit zu ändern, wenn der Haltedauergenerator 101 als Reaktion auf die Ausgabe der Positionserkennungssignale CS-A, CS-B ein Erregerstrom-Abnahmehaltesignal „m" ausgibt. Wie oben erörtert, wird durch die Änderung des Signals Ref der maximale Erregerstrom der Wicklung verringert. Der Unterbrechungsdauergenerator 107 gibt als Reaktion auf die Positionserkennungssignale CS-A, CS-B ein Unterbrechungsfreigabesignal „q" aus, und wenn die Signale DrA, DrB sich ändern, während der Generator 107 das Signal „q" ausgibt, dann gibt der Erregerstrom-Verstärkungsunterbrecher 105 das Erregerstrom-Verstärkungsunterbrechungssignal „n" aus, bis der Generator 107 das Signal „q" fertig ausgegeben hat. Der Unterbrecher 105 verändert ebenfalls das Signal Ref, wodurch sich der maximale Erregerstrom der Wicklung erhöht, während er weiter das Signal „q" ausgibt.
Der Signaldauergenerator 213 gibt jedesmal, wenn eines der Positionserkennungssignale, CS-A oder CS-B, vom Niveau L auf das Niveau H ansteigt oder umgekehrt, ein Signal P213 aus, das eine gegebene Impulsbreite hat. Ein zu Signal P213 umgekehrtes Signal wird als Erregerstrom-Abnahmehaltesignal „m" vom Haltedauergenerator 101 abgegriffen, und das Signal P213 wirkt auch als ein Unterbrechungsfreigabesignal „q", das dem Unterbrechungsdauergenerator 107 zugeführt wird.
Erreger 2a, 2b empfangen Antriebsbefehlssignale DrA, DrB als Erregersignale sowie das vom Regler 7 gelieferte Stromwertsignal und wechseln dann als Reaktion auf die Erregersignale die Erregung der Antriebswicklungen. Erreger 2a, 2b setzen ferner den maximalen Erregerstrom entsprechend dem Stromwertsignal fest und liefern Leistung für die Erregung der Antriebswicklungen.
Die Wirkungsweise der wie oben gemäss der 22. Ausführungsform aufgebauten Schrittmotor-Antriebsvorrichtung wird hiernach unter Bezugnahme auf die 60A und 60B dargestellt.
Die in 60A und 60B gezeigte Wirkungsweise ist anwendbar, wenn der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen. Bei Anweisung des Motors, sich in der negativen Richtung zu drehen, funktionieren alle Elemente grundsätzlich in der gleichen Weise.
Daher erfolgt die Darstellung nur für den Fall, wo der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen.
Wenn die Antriebsbefehlssignale DrA, DrB gegenüber den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B verzögert sind, dann gibt der Erregerstromregler 7 dem Phasenunterschied zwischen diesen Signalen entsprechend Befehlsverzögerungssignale RN-A, RN-B aus, wodurch das Erregerstromsteuersignal Ref verringert wird. Diese Wirkungsweise des Reglers 7 ist bereits beschrieben worden.
Signale RN-A, RN-B werden durch das OR-Gatter 81 synthetisiert und vom Wähler 201 als „Down-0"-Signal geliefert, wenn der Motor in der positiven Richtung angetrieben wird. Das Signal „Down-0" liefert Information für eine Verringerung des Erregerstroms. Hier folgen einige Bemerkungen über dieses Signal:
Das Signal „Down-0" reagiert auf den Verzögerungsphasenunterschied der Signale DrA, DrB gegenüber den Signalen CS-A, CS-B. Da jedoch die Signale CS-A, CS-B eine Phasenvoreilung bezüglich der durch jede Wicklung der betreffenden Phasen erzeugten induktiven Spannung haben, wie in der 21. Ausführungsform beschrieben, liefert das Signal „Down-0" überschüssige Information bezüglich einer Verringerung des Erregerstroms. Würde daher bei den Phasenvoreilungen das Signal „Down-0" den Erregerstrom direkt verringern, dann führte die übermässige Verringerung zu einem Stehenbleiben des Motors.
Durch den Erregerstrom-Abnahmehalter 100, der in dieser Ausführungsform verwendet wird, kann dieses Problem vermieden werden. Die Wirkungsweise des Halters 100 wird unter Bezugnahme auf 60A im Einzelnen beschrieben.
Die Signale CS-A, CS-B besitzen Phasenvoreilung bezüglich der durch die Wicklungen der betreffenden Phasen erzeugten induktiven Spannungen, d.h die Signale eilen in ihrer Phase gegenüber den Drehmomenten Ta, Tb vor. Die Drehmomente Ta, Tb werden durch Erregung der Wicklungen der betreffenden Phasen erzeugt.
Der Signaldauergenerator 213 gibt bei jeder Änderung der Signale CS-A, CS-B das Signal P213 auf dem Niveau H während einer gegebenen Impulslänge aus.
In dieser Ausführungsform wird während der Zeit, da das Signal P213 auf dem Niveau H verharrt, das Signal „Down-0" als überschüssige Information zur Verringerung des Erregerstroms behandelt.
60A veranschaulicht die Wirkungsweise, wenn die Antriebsbefehlssignale DrA, DrB gegenüber den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B verzögert sind, und veranschaulicht weiter, dass das Signal P213 verzögert nach der Zeitperiode geliefert wird, während der das Signal P213 auf dem Niveau H verharrt.
In diesem Fall verharrt das Signal „Down-0" länger auf dem Niveau H als das Signal P213. Das Signal „Down-0" liefert daher überschüssige Information zur Verringerung des Erregerstroms.
Der Erregerstrom-Abnahmehalter 100 hält das Erregerstrom-Abnahmehaltesignal „m" auf dem Niveau L, während das Signal P213 auf dem Niveau H bleibt. Der Integrator 200 empfängt daher ein „Down"-Signal, das während einer kürzeren Zeit auf dem Niveau H verbleibt als das Signal „Down-0". Im Ergebnis wird das Erregerstromssteuersignal Ref durch das Signal „Down" gesteuert, das von der überschüssigen, im „Down-0"-Signal verhandenen Information frei ist.
Der Integrator 200 verringert den Strom des Signals Ref während der Zeit, da das Signal „Down" auf dem Niveau H verharrt. Dies ist bereits in der 15. Ausführungsform beschrieben worden.
Wie oben erörtert, verhindert der Erregerstrom-Abnahmehalter 100, dass der Erregerstrom übermässig verringert wird, selbst wenn die Positionserkennungssignale CS-A, CS-B in ihrer Phase voreilen. Dadurch wird die Möglichkeit, dass der Motor stehen bleibt, eliminiert.
Für das Signal „Up-0" existieren einige Bemerkungen wie folgt. Das Signal „Up-0" wird vom Wähler 201 geliefert. Wenn der Motor in der positiven Richtung angetrieben wird, werden Signale RP-A, RP-B durch das OR-Gatter 82 zu einem Signal „Up-0" synthetisiert. Die Befehlsvoreilungssignale RP-A und RP-B werden geliefert, wenn die Antriebsbefehlssignale DrA, DrB in ihrer Phase gegenüber den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B voreilen, und der Erregerstromregler 7 erhöht den Strom des Erregerstromsteuersignals Ref als Reaktion auf die Befehlsvoreilungssignale RP-A, RP-B. Dies ist bereits in früheren Ausführungsformen beschrieben worden.
In anderen Worten liefert das Signal „Up-0" Information für eine Zunahme des Erregerstroms. Wenn jedoch die Signale CS-A und CS-B, wie vorher beschrieben, eine Phasenvoreilung besitzen, wird das Signal „Up-0" erst geliefert, wenn Signale DrA, DrB früher als diese voreilenden Signale eingegeben werden. Somit liefert das Signal „Up-0" mangelhafte Information für eine Erhöhung des Erregerstromes.
Bei Phasenvoreilung verzögerte sich die Stromzunahme, und der Motor geriete in einen instabilen Zustand oder bliebe stehen, wenn das Signal „Up-0" den Erregerstrom direkt erhöhen würde.
Durch den Erregerstrom-Verstärkerunterbrecher 105, der in dieser Ausführungsform neu eingesetzt wird, kann dieses Problem vermieden werden. Die Wirkungsweise des Unterbrechers 105 wird hiernach unter Bezugnahme auf 60B eingehend erläutert.
Wie schon in 60A gezeigt, gibt der Signaldauergenerator 213 bei jeder Änderung der voreilenden Signale CS-A, CS-B ein Signal P213 aus, das über eine gewisse Impulsbreite hinweg auf dem Niveau H verharrt.
In dieser Ausführungsform wird das Signal P213 als ein Unterbrechungsfreigabesignal „q" benutzt. Wenn sich die Signale DrA, DrB ändern, während das Signal „q" auf dem Niveau H verharrt, gibt der Unterbrecher 105 wegen mangelhafter Information zur Erhöhung des Erregerstroms ein Erregerstrom-Verstärkungsunterbrechungssignal „n" aus.
60B veranschaulicht die Wirkungsweise, wenn die Antriebsbefehlssignale DrA, DrB gegenüber den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B verzögert sind, und des Weiteren werden die Signale DrA, DrB geliefert, während das Signal P213, d.h. das Unterbrechungsfreigabesignal „q", auf dem Niveau H verharrt.
In diesem Falle ist die Information zur Erhöhung des Erregerstroms mangelhaft, da die Signale DrA, DrB sich ändern, während das Signal P213, d.h. das Unterbrechungsfreigabesignal „q", auf den Niveau H verharrt.
Wenn Signale DrA, DrB sich ändern, während das Unterbrechungsfreigabesignal „q" auf den Niveau H verharrt, fällt Signal „Down-0" auf das Niveau L. Dann bringt der Unterbrechungsdauergenerator 107 das Erregerstrom-Verstärkungsunterbrechungssignal „n" über Inverter 219 und das AND-Gatter 221 auf das Niveau H. Der Unterbrecher 105 unterbricht somit das Signal „Up-0" mit dem Signal „n" und speist das Signal „Up" in den Integrator 200 ein. Das Signal „Up" kann ohne Rücksicht auf das Signal „Up-0" auf das Niveau H ansteigen. Im Ergebnis wird das Erregerstromsteuersignal „Ref" durch das Signal „Up" gesteuert, das die zusätzliche Information enthält, die im Signal „Up-0" fehlte.
Der Integrator zählt seinen Up-Down-Zähler 209 vorwärts, wodurch das Signal „Ref" erhöht wird, während das Signal „Up" auf dem Niveau H verharrt.
Der Erregerstrom-Verstärkungsunterbrecher 105 kann, wie oben erörtert, eine Verzögerung der Erregerstromerhöhung verhindern, selbst wenn die Positionserkennungssignale CS-A, CS-B in ihrer Phase gegenüber den Signalen DrA, DrB voreilen. Im Ergebnis ist der Motor frei von der Gefahr, in einen instabilen Zustand zu fallen oder Gleichlauf zu verlieren.
Bei der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 22. Ausführungsform können eine übermässige Verminderung des Erregerstromes sowie eine Verzögerung bei der Erhöhung des Erregerstromes selbst dann verhindert werden, wenn die Positionserkennungssignale eine Phasenvoreilung besitzen. Im Ergebnis kann der Motor die Vorteile einer Phasenvoreilung nutzen, d.h. eine Erhöhung des Wirkungsgrades des Motors und eine stabile Kontrolle über die Erregerströme.
(Beispielhafte Ausführungsform 23)
61 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 23. beispielhaften Ausführungsform.
Die 23. Ausführungsform unterscheidet sich von der in 59 gezeigten 22. Ausführungsform in den folgenden Punkten. Die Verzögerungssignalwähler 5a, 5b und die Erregersignalwähler 14a, 14b sind in der 23. Ausführungsform vorgesehen, um die Erregungszeitpunktregler 4a, 4b zu bilden. Des Weiteren werden der Erregersignal-Stabilitätsermittler 120 und die Wähler 127, 129 auch in dieser Ausführungsform vorgesehen.
Diese Struktur ergibt zusätzlich zu den durch die 22. Ausführungsform bewiesenen Vorteilen einen weiteren Vorteil, indem die Erregungszeitpunktregler 4a, 4b die Möglichkeit eliminieren können, dass der Schrittmotor Gleichlauf verliert.
In der 22. und 23. Ausführungsform teilen sich der Erregerstrom-Abnahmehalter 100 und der Erregerstrom-Verstärkungsunterbrecher 105 das durch den Signaldauergenerator 213 ausgegebene Signal P213. In anderen Worten ist die Ausgabedauer des Erregerstrom-Abnahmehaltesignals „m" ebenso lang wie die des Unterbrechungsfreigabesignals „q".
Die Wirkungsweise wird für diesen Fall in 63 veranschaulicht.
Erstens bleibt, wenn die Signale DrA und DrB sich ändern, nachdem das Signal P213 das Niveau H verlassen hat, das „Down"-Signal von der Zeit, da das Signal P213 das Niveau H verlässt, bis zu der Zeit, da sich die Signale DrA; DrB verändern, auf dem Niveau H, wodurch der Erregerstrom verringert wird (Zeitperiode Y1).
Zweitens bleibt, wenn die Signale DrA und DrB sich ändern, während das Signal P213 auf dem Niveau H bleibt, das „Up"-Signal von der Zeit, da sich die Signale DrA, DrB ändern, bis zu der Zeit, da das Signal P213 das Niveau H verlässt, auf dem Niveau H (Zeitperiode Y3).
In anderen Worten wird der Erregerstrom so gesteuert, dass der Phasenunterschied der gegenüber den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B verzögerten Antriebsbefehlssignale DrA, DrB der Breite des Niveaus H entspricht, auf dem sich Signal P213 befindet.
Auf der Basis dieser Steuerung kann durch eine geeignete Einstellung der Ausgangsbreite (d.h. der Breite des Niveaus H) des Signals P213 der Erregerstrom so gesteuert werden, dass der Phasenunterschied zwischen den Signalen CS-A, CS-B und den Signalen DrA, DrB einen beliebigen Wert annehmen kann. Zum Beispiel wird die Ausgangsbreite des Signals P213 geringfügig breiter als die Phasenvoreilung der Signale CS-A, CS-B eingestellt, wodurch der Erregerstrom so gesteuert wird, dass er einen gewissen Spielraum bezüglich der Belastung besitzt, d.h. der Erregerstrom auf dem Niveau „Minimalwert + α". Wenn der Erregerstrom auf den „Minimalwert + α" abgesenkt wird, kann das Steuerverfahren die innewohnende Rückstellkraft des Schrittmotors nutzen, wenn die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung auf Belastungsstörungen trifft.
(Beispielhafte Ausführungsform 24)
62 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 24. Ausführungsform.
Die 24. Ausführungsform unterscheidet sich von der in 61 gezeigten 23. Ausführungsform in der Struktur des Unterbrechungsdauergenerators 109 des Erregerstrom-Verstärkungsunterbrechers 105.
In der zuvor erörterten 23. Ausführungsform teilen sich der Erregerstrom-Abnahmehalter 100 und der Erregerstrom-Verstärkungsunterbrecher 105 in den Signaldauergenerator 213, der das Signal P213 ausgibt. Das Signal P213 wird umgekehrt und als Erregerstrom-Abnahmehaltesignal „m" vom Haltedauergenerator 101 abgegriffen. Das Signal P213 wirkt im Unterbrechungsdauergenerator 107 als Unterbrechungsfreigabesignal „q".
Andererseits arbeitet in dieser 24. Ausführungsform der Signaldauergenerator 213 ausschliesslich für den Erregerstrom-Abnahmehalter 100, und das Signal P213 wird ausschliesslich als Erregerstrom-Abnahmehaltesignal „m" benutzt. Ein weiterer Signaldauergenerator 223 ist neu für den Erregerstrom-Verstärkungsunterbrecher 105 vorgesehen, und das vom Generator 223 gelieferte Signal P223 funktioniert im Unterbrechungsdauergenerator 109 als Unterbrechungsfreigabesignal „q".
Der Signaldauergenerator 223 empfängt die Positionserkennungssignale CS-A und CS-B ebenso, wie sie der Signaldauergenerator 213 empfängt, und gibt als Unterbrechungsfreigabesignal „q" ein Signal P223 von einer gegebenen Impulsbreite immer dann aus, wenn entweder CS-A oder CS-B vom Niveau L auf das Niveau H oder umgekehrt wechseln. Diese Wirkungsweise ist die gleiche wie die des Generators 213.
In der wie oben aufgebauten 24. Ausführungsform können die Ausgabedauern des Erregerstrom-Abnahmehaltesignals „m" und des Unterbrechungsfreigabesignals „q" unabhängig voneinander eingestellt werden. Zum Beispiel wird die Ausgabedauer „tm" (die Breite auf dem Niveau L) des Signals „m" geringfügig breiter eingestellt als die Voreilungsphasen der Positionserkennungssignale CS-A, CS-B, während die Ausgabedauer „tq" (die Breite auf dem Niveau H) geringfügig enger als die Ausgabedauer „tm" des Signals „m" eingestellt wird, d.h. ungefähr auf den gleichen Wert wie die Phasenvoreilung.
Die Wirkungsweise ist für diesen Fall in 64 veranschaulicht.
Erstens, wenn die Antriebsbefehlssignale DrA, DrB sich ändern, nachdem das Erregerstrom-Abnahmehaltesignal „m" abgegriffen worden ist (d.h. nach einer Dauer „tm"), bleibt das „Down"-Signal zwischen dem Zeitpunkt, an dem das Signal „m" abgegriffen wurde, und dem Zeitpunkt, an dem die Signale DrA, DrB sich ändern, auf dem Niveau H, wodurch der Erregerstrom verringert wird (Zeitperiode Y1).
Der Phasenunterschied zwischen den Signalen DrA, DrB und den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B verringert sich bei kleineren Erregerströmen. Zur angemessenen Zeit werden Signale DrA, DrB nur innerhalb der Periode variieren, während der das Signal „m" geliefert wird (d.h. während der Dauer „m"). Während Signal „m" geliefert wird, bleibt das „Down"-Signal auf dem Niveau L und hält dadurch den Erregerstrom davon ab, abzunehmen. Wenn sich während dieser Zeit DrA, DrB ändern, nachdem das Unterbrechungsfreigabesignal „q" geliefert worden ist (nach einer Dauer „q"), bleibt dann das „Up"-Signal auf dem Niveau L, und der Erregerstrom erhöht sich nicht (Zeitperiode Y2).
Wenn die Signale DrA, DrB sich ändern, während das Signal „q" geliefert wird (während der Dauer „tq"), bleibt das „Up"-Signal zwischen dem Zeitpunkt, an dem sich die Signale DrA, DrB ändern, und dem Zeitpunkt, an dem die Ausgabe des Signals „q" beendet ist, auf dem Niveau H, wodurch sich der Erregerstrom erhöht (Zeitperiode Y3).
Der Phasenunterschied zwischen den Signalen DrA, DrB und den Positionserkennungssignalen CS-A, CS-B erhöht sich bei höheren Erregerströmen. Der Phasenunterschied stabilisiert sich schlussendlich unter den Bedingungen der oben erörterten Zeitperiode Y2.
Während der in 64 gezeigten Zeitperiode Y2 wird der Erregerstrom mit etwas Spielraum gegenüber einer Belastung gehalten, und steigt weder an noch nimmt er ab, d.h. die Erregerstromsteuerschleife ist offen.
Diese Wirkungsweise ist die gleiche wie die in der in 43 gezeigten 15. Ausführungsform beschriebene. Die 24. Ausführungsform liefert somit die gleiche Wirkung wie die 15. Ausführungsform.
In der oben erörterten 24. Ausbildungsform stehen die Signaldauergeneratoren 213 und 223 ausschliesslich und unabhängig voneinander für den Erregerstrom-Abnahmehalter 100 und den Erregerstrom-Verstärkungsunterbrecher 105 zur Verfügung. Die Ausgabedauern des Erregerstrom-Abnahmehaltesignals „m" und des Unterbrechungsfreigabesignals „q" können also unabhängig voneinander eingestellt werden. Dann wird die Dauer des Signals „m" länger als die Phasenvoreilung des Positionserkennungssignals eingestellt, während die Dauer des Signals „q" kürzer als die des Signals „m" eingestellt wird, nämlich auf ungefähr die gleiche Dauer wie die Phasenvoreilung des Positionserkennungssignals. Im Ergebnis hört der Erregerstrom mit etwas Spielraum bezüglich der Belastung auf ab- oder zuzunehmen, d.h. die gleichen Wirkungen wie die in der in 43 gezeigten 15. Ausführungsform erhaltenen können erzielt werden. Es bedarf keiner Erwähnung, dass die 24. Ausführungsform auch die anderen, durch die 23. Ausführungsform bewiesenen Wirkungen erzielen kann.
Signaldauergeneratoren 213 und 223 können bei jeder Eingabe eines Positionserkennungssignals Signale ausgeben, die eine Impulsbreite haben, die auf die Geschwindigkeit des Motortreibers reagiert. Dies lässt sich durch das in 46 der 16. Ausführungsform gezeigte Verfahren erreichen. In diesem Falle wird das Erregerstrom-Abnahmehaltesignal „m" oder das Unterbrechungsfreigabesignal „q" während einer Zeitdauer geliefert, die die Geschwindigkeit des Treibers berücksichtigt. Diese Struktur eignet sich daher gut für eine Anwendung, bei der die Motorgeschwindigkeit über einen breiten Bereich variiert wird.
Signaldauergeneratoren 213 und 223 können auch einfach jedesmal, wenn das Positionserkennungssignal eingegeben wird, Signale ausgeben, die eine gegebene Impulsbreite besitzen. Dies lässt sich durch das in 47 der 16. Ausführungsform gezeigte Verfahren erreichen.
(Beispielhafte Ausführungsform 25)
65 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 25. beispielhaften Ausführungsform.
Die 25. Ausbildungsform unterscheidet sich von der in 62 gezeigten 24. Ausbildungsform in den folgenden Punkten: 1) Struktur einer Ausgangsstufe des Phasendifferenzverstärkers 8, und 2) der Start-Stopp-Erreger 40 ist neu vorgesehen; der Erreger 40 enthält einen Frequenzdiskriminator 41, der die Frequenz der Antriebsbefehlssignale DrA, DrB identifiziert.
Der Start-Stopp-Erreger 40 und der Frequenzdiskriminator 41 arbeiten in der gleichen Weise wie der Start-Stopp-Erreger und der Frequenzdiskriminator, die in der in 37 gezeigten 10. Ausführungsform verwendet worden waren.
Wenn die Frequenz des Signals DrA, DrB unter einem bestimmten Wert liegt, gibt der Frequenzdiskriminator 41 ein Signal vom Niveau H aus. In anderen Worten nutzt der Frequenzdiskriminator 41 eine niedrige Frequenz der Signale DrA, DrB, um dadurch zu erkennen, dass sich der Motor in der Anlaufphase oder in einer Haltephase zur Positionierungskontrolle befindet. Wenn ein Ausgangssignal des Diskriminators 41 das Niveau H annimmt, zwingt der Start-Stopp-Erreger 40 den Phasendifferenzverstärker 8, das Stromsteuersignal Ref zu erhöhen, wodurch der Erregerstrom der Wicklungen erhöht wird.
Eine Ausgangsstufe des Verstärkers 8 umfasst eine PWM-Schaltung 147 und eine Glättungsschaltung 149. Diese Struktur wirkt in der gleichen Weise wie der D/A-Wandler 211, der in der in 62 gezeigten 24. Ausführungsform verwendet wurde.
Ein digitales Ausgangssignal des Up-Down-Zählers 209 wird durch die PWM-Schaltung 147 zu einem impulsbreitenmodulierten Signal umgewandelt, das eine Frequenz von zum Beispiel einigen Dutzend kHz bis zu einigen Hundert kHz besitzt. Die Glättungsschaltung 149 eliminiert die Trägerfrequenzkomponente aus diesem modulierten Signal, dann wird das Signal in ein Analogsignal umgeformt. In anderen Worten funktionieren die PWM-Schaltung 147 und die Glättungsschaltung 149 ebenso wie ein D/A-Wandler, der ein digitales Signal in ein analoges Signal umwandelt. Der Phasendifferenzverstärker 8 mit den Schaltungen 147 und 149 arbeitet im Grunde genommen in der gleichen Weise wie der in früheren Ausführungsformen erörterte Phasendifferenzverstärker.
Das Ausgangssignal der PWM-Schaltung 147 ist ein impulsbreiten-moduliertes Signal und verlängert seine Verweilzeit auf dem Niveau H bei einem höheren Wert in dem vom Up-Down-Zähler 209 gelieferten digitalen Signal. Dieses PWM-Signal wird über das OR-Gatter 145 der Glättungsschaltung 149 zugeführt. Die Glättungsschaltung 149 erhöht ihr Ausgangsignal, d.h. das Stromsteuersignal Ref, bei längeren Verweilzeiten seines Eingangssignals auf dem Niveau H.
Das OR-Gatter 145 empfängt das Ausgangssignal vom Frequenzdiskriminator 41 und das Ausgangssignal von der PWM-Schaltung 147.
Entsprechend wird das Ausgangssignal der PWM-Schaltung 147 als solches der Glättungsschaltung 149 zugeführt, und das Signal Ref wird so gesteuert, dass es Erregerströme zu den Wicklungen liefert, die zweckmässig auf die Belastung reagieren, wenn sich das Ausgangssignal des Diskriminators 41 auf dem Niveau L befindet, d.h. die Antriebsbefehlssignale DrA, DrB eine ziemlich hohe Frequenz haben, und der Motor normal angetieben wird.
Wenn sich das Ausgangssignal des Diskriminators 41 auf dem Niveau H befindet, d.h. die Antriebsbefehlssignale DrA, DrB eine ziemlich niedrige Frequenz haben und der Motor anläuft oder zur Positionierung angehalten wird, dann erlaubt das OR-Gatter 145, dass die Glättungsschaltung 149 das Signal auf Niveau H empfängt, so dass das Signal Ref zwangsweise erhöht wird. In anderen Worten wird der Erregerstrom der Wicklungen zwangsweise erhöht.
Die Reaktion auf die zwangsweise Erhöhung des Signals Ref wird von einer Glättungszeitkonstanten beeinflusst, die in der Glättungsschaltung 149 eingestellt wird; diese Zeitkonstante ist jedoch auf eine ziemlich hohe Frequenz (mehr als mehrere kHz) eingestellt worden, um die Trägerfrequenz zu eliminieren. Daher ist der Einfluss auf diese Reaktion vernachlässigbar klein.
Die oben erörterte 25. Ausführungsform realisiert nicht nur den Vorteil der 24. Ausführungsform, sondern auch den der 10. Ausführungsform, d.h. wenn der Motor aufgehalten oder zur Positionierung angehalten wird, dann wird diese Handlung erkannt, weil die Antriebsbefehlssignale eine niedrige Frequenz besitzen, und dann sollte der Erregerstrom zügig erhöht werden, so dass das Anlaufdrehmoment zum Anfahren des Motors bzw. das Haltedrehmoment für ein Anhalten und Positionieren des Motors erhalten werden kann.
(Beispielhafte Ausführungsform 26)
66 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 26. beispielhaften Ausführungsform.
Die 26. Ausführungsform unterscheidet sich von der in 65 gezeigten 25. Ausführungsform im Aufbau des Start-Stopp-Erregers 40.
In 65 enthält der Start-Stopp-Erreger 40 einen Geschwindigkeitsdetektor 140, der unterscheidet, ob die Antriebsgeschwindigkeit des Treibers 1 des Motors unter einem gegebenen Wert liegt oder nicht.
Wenn der Detektor 140 feststellt, dass die Antriebsgeschwindigkeit geringer als ein gegebener Wert ist und ein Signal des Niveaus H ausgibt, nimmt der Start-Stopp-Erreger 40 an, dass der Motor stehen bleibt oder für eine Positionierung angehalten wird. Dann führt der Erreger 40 das Signal des Niveaus H über das OR-Gatter 8 der Glättungsschaltung 149 zu, die eine Ausgangsstufe des Phasendifferenzverstärkers 8 bildet, wodurch das Stromsteuersignal Ref erhöht wird. Im Ergebnis wird der Erregerstrom der Wicklungen zwangsweise erhöht.
Der Start-Stopp-Erreger 40 arbeitet in der gleichen Weise wie der in der 25. Ausführungsform verwendete Start-Stopp-Erreger, obwohl der Erreger 40 eine andere Struktur als der Erreger in der 25. Ausführungsform besitzt.
Der Geschwindigkeitsdetektor 140 umfasst einen Positionssignalfrequenzdetektor 141, der die Frequenz des Positionserkennungssignals als Reaktion auf eine Ausgangsänderung des Positionserkennungssignals erfasst, sowie einen Störschutz 130, der eine Ausgangsänderung des Positionserkennungssignals nur wirksam werden lässt, wenn ein Antriebsrichtungsbefehl des Motors in der gleichen Richtung weist wie die Antriebsrichtung des Treibers. Der Geschwindigkeitsdetektor 140 zählt die Zeit, die zwischen einer erfolgten wirksamen Ausgangsänderung und der nächsten wirksamen Ausgangsänderung vergeht, und dadurch erkennt er die Antriebsgeschwindigkeit des Treibers.
67 veranschaulicht die Struktur des Geschwindigkeitsdetektors 140.
In 67 empfängt der Störschutz 143 ein Antriebsrichtungsbefehlssignal FR, das den Motor anweist, sich in der positiven oder negativen Richtung zu drehen, sowie ein Antriebsrichtungssignal FRr, das anzeigt, in welcher Richtung der Motor sich derzeit dreht. Ein ausschliessendes NOR-Gatter (EX-NOR-Gate) erkennt, ob diese Signale übereinstimmen oder nicht, und wenn sie übereinstimmen, dann gibt der Störschutz 143 ein Signal des Niveaus H als Signal „Pro" aus, oder er gibt ein Signal des Niveaus L als Signal Pro aus, wenn sie nicht übereinstimmen.
Im Positionssignalfrequenzdetektor 141 werden die Frequenzen der Positionserkennungssignale CS-A und CS-B durch ein ausschliessendes OR-Gatter (EX-OR-Gate) multipliziert, dann werden die sich ergebenden Signale über das AND-Gatter 142 dem Frequenzdetektor 144 zugeführt. Wenn das Eingangssignal vom Niveau L auf das Niveau H ansteigt oder umgekehrt, zählt der Frequenzdetektor 144 die Zeit zwischen diesen Änderungen. Der Detektor 144 gibt dann ein Signal des Niveaus H aus, wenn die gezählte Zeit länger als eine gegebene Zeit ist. In anderen Worten gibt der Frequenzdetektor 144 ein Signal des Niveaus H aus, das seinem Eingangssignal niedriger Frequenz entspricht. Der Positionssignalfrequenzdetektor 141 gibt das von diesem Frequenzzähler 144 gelieferte Signal aus.
Das AND-Gatter 142 empfängt das Ausgangssignal Pro des Störschutzes 143 sowie die multiplizierten Signale CS-A, CS-B.
Der Störschutz 143 übermittelt Änderungen der Signale CS-A und CS-B nur dann an den Frequenzdetektor 144, wenn sich das Signal Pro auf dem Niveau H befindet, aber nicht, wenn sich das Signal auf dem Niveau L befindet.
Entsprechend erkennt der Geschwindigkeitsdetektor 140 als Ganzes eine Frequenz des Positionserkennungssignals als eine gültige Änderung des Positionserkennungssignals, wenn der Antriebsrichtungsbefehl des Motors mit der tatsächlichen Drehrichtung übereinstimmt. Wenn der Befehl nicht mit der tatsächlichen Drehrichtung übereinstimmt, betrachtet der Geschwindigkeitsdetektor 140 die Änderung des Positionserkennungssignals als ungültig, und der Geschwindigkeitsdetektor 140 zieht diese ungültige Änderung nicht in Betracht, um die Frequenz zu erfassen.
Ein Schrittmotor erzeugt im Allgemeinen eine grössere Welligkeit des Drehmoments, wenn er versucht, durch eine Erhöhung des Erregerstroms ein Anlaufdrehmoment oder ein Haltedrehmoment zu erhalten. Schwankungen in der Drehgeschwindigkeit vergrössern sich, wenn die Welligkeit des Drehmoments zunimmt, so dass die Ausgangsfrequenz des Positionsdetektors dann höher aussieht als die tatsächliche Frequenz. Daher kann die Treibergeschwin digkeit nicht einfach über diese Frequenz erfasst werden. Man nehme an, dass der Erregerstrom einfach deswegen erhöht wird, weil die vom Positionsdetektor gelieferte Signalfrequenz abnimmt. Dann vergrössern sich die Drehgeschwindigkeitsschwankungen nach Erhalt des Anlaufdrehmoments oder des Haltedrehmoments wegen der oben erörterten Faktoren, und die scheinbare Ausgangsfrequenz des Positionsdetektors wird grösser. Im Ergebnis kann der Erregerstrom nicht weiter erhöht werden, d.h. das Anlaufdrehmoment oder das Haltedrehmoment kann nicht aufrecht erhalten werden.
Wenn der Schrittmotor wegen der oben erörterten Faktoren grosse Drehgeschwindigkeitsschwankungen erzeugt, stimmt die Anweisung bezüglich der Antriebsrichtung des Motors nicht mit der tatsächlichen Drehrichtung überein. Der in dieser Ausführungsform verwendete Geschwindigkeitsdetektor 140 ist auf dieses Problem konzentriert, und der Störschutz 143 wird darin deswegen eingesetzt, damit der Detektor 140 eine Geschwindigkeit selbst in dem oben erörterten Zustand genau erkennen kann.
Wenn eine Zeitspanne einer ersten wirksamen Änderung des Positionserkennungssignals und einer zweiten wirksamen Änderung eine bestimmte, im Frequenzdetektor 144 voreingestellte Zeit überschreitet, dann gibt der Geschwindigkeitsdetektor 140 ein Signal des Niveaus H aus.
Wenn der Geschwindigkeitsdetektor 140 ein Signal des Niveaus H ausgibt, dann betrachtet der Start-Stopp-Erreger 40 dies als die Zeit zum Anfahren oder zum Anhalten des zu positionierenden Motors. Dann erhöht Erreger 40 das Stromsteuersignal Ref, so dass der Erregerstrom der Wicklungen zwangsweise erhöht wird.
Die oben erörterte 26. Ausführungsform beweist, dass die Zeit, zu der der Motor anhalten oder für eine Positionierung angehalten werden sollte, mit einer niedrigen Antriebsgeschwindigkeit des Treibers erkannt werden kann. Dann erhöht sich der Erregerstrom prompt, wodurch ein Anlaufdrehmoment zum Starten des Motors oder ein Haltedrehmoment für die Positionierung des Motors erhalten wird. Die 26. Ausführungsform realisiert somit die gleichen Vorteile wie die 25. Ausführungsfonm.
Was die Erkennung der Treibergeschwindigkeit betrifft, so stellt der in dieser Ausführungsform neu eingesetzte Störschutz eine Ausgangssignaländerung des Positionserkennungssignals nur dann als wirksam fest, wenn der Antriebsrichtungsbefehl des Motors mit der tatsächlichen Drehrichtung übereinstimmt. Dank dieser Funktion des Störschutzes kann der Geschwindigkeitsdetektor die Antriebsgeschwindigkeit des Treibers ohne Rücksicht auf grosse Schwankungen in der Drehgeschwindigkeit genau erfassen. Diese grossen Schwankungen können entstehen, wenn das Anlaufdrehmoment oder das Haltedrehmoment durch eine Erhöhung des Erregerstroms erhalten werden. Im Ergebnis kann erreicht werden, dass nicht nur eine genaue Drehgeschwindigkeit erfasst wird, sondern auch das Anlaufdrehmoment bzw. das Haltedrehmoment aufrecht erhalten werden.
(Beispielhafte Ausführungsform 27)
68 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 27. Ausführungsform.
Die 27. Ausführungsform unterscheidet sich von der in 66 gezeigten 26. Ausführungsform in den folgenden Punkten: In 68 werden ein Ausgangssignal des AND-Gatters 231, das eines der Elemente ist, aus dem der Erregerstrom-Zwangsverstärker 30 besteht, sowie ein zum Ausgangssigal des Geschwindigkeitsdetektors 140 umgekehrtes Signal über das AND-Gatter 153 in einem voreingestellten Anschluss des Integrators 225 zugeführt. Das zum Ausgangssignal des Geschwindigkeitsdetektors 140 umgekehrte Signal wird über das NAND-Gatter 155 ebenfalls einem Halteanschluss des Integrators 225 zugeführt. Das AND-Gatter 153 und das NAND-Gatter 155 empfangen ein Stromzufuhr-Stoppsignal „EN" des Motors. Die Erreger 2a und 2b empfangen ebenfalls das Signal „EN". Der voreingestellte Anschluss und der Halteanschluss des Integrators 225 werden mit einem voreingestellten Anschluss und einem Halteanschluss des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 229 verbunden, der im Integrator 225 enthalten ist. Die weiteren Strukturen in dieser Ausführungsform sind die gleichen wie die in der in 66 gezeigten 26. Ausführungsform.
Die Wirkungsweise der wie oben aufgebauten 27. Ausführungsform wird hiernach dargestellt.
Ein Ausgangssignal des Verstärkers 30 erlangt das Niveau H, wenn die Abweichung den vierten Zustand verlässt, was in der in 42 gezeigten 14. Ausführungsform beschrieben worden ist, und dieses Ausgangssignal bewirkt eine solche Voreinstellung des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 209, dass der Erregerstrom erhöht werden kann.
Ein Ausgangssignal des Geschwindigkeitsdetektors 140 erlangt das Niveau H, wenn der Motor anlaufen oder zur Positionierung angehalten werden soll, was in der in 66 gezeigten 26. Ausführungsform beschrieben worden ist. Dieses Ausgangssignal erhöht den Erregerstrom, so dass ein Anlaufdrehmoment oder ein Haltedrehmoment erhalten werden kann.
Ein Stromzufuhr-Stoppsignal „EN" auf dem Niveau H bedeutet die Anweisung, Strom zu liefern, während ein Signal „EN" auf dem Niveau L die Anweisung bedeutet, die Stromzufuhr anzuhalten. Signal „EN" auf dem Niveau H erlaubt, dass die Erreger 2a, 2b Strom zur Erregung der Antriebswicklungen des Motors liefern, während Signal „EN" auf dem Niveau L erlaubt, dass die Erreger aufhören, Strom zu liefern.
Der voreingestellte Anschluss des Integrators 225 auf dem Niveau H erlaubt, dass der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 209 den maximalen Wert in digitaler Form ausgibt, so dass das Stromsteuersignal Ref erhöht werden kann. Der Halteanschluss des Integrators 225 auf dem Niveau H erlaubt, dass der Up-Down-Zähler 209 zu zählen aufhört und den digitalen Ausgangswert hält, so dass das bis dahin geltende Erregerstromsteuersignal Ref gespeichert werden kann. 69 veranschaulicht die Struktur des so funktionierenden Integrators 225.
In 69 werden die Eingänge „Up" und „Down" auf das Niveau L festgelegt, und der Zähler 209 hört auf zu arbeiten, wenn der Halteanschluss auf das Niveau H angehoben wird.
Die Wirkungsweise der 27. Ausführungsform wird hiernach dargestellt.
Zuerst wird ein Fall dargestellt, wenn sich das Signal „EN" auf dem Niveau H, das Ausgangssignal des Geschwindigkeitsdetektors 140 auf dem Niveau L befindet.
In diesem Falle wird der Motor auf normale Weise angetrieben, und der Erregerstrom braucht nicht erhöht zu werden, um das Anlaufdrehmoment oder das Haltedrehmoment zu erlangen.
Das gleiche Signal wie das vom AND-Gatter 231 abgegriffene wird vom AND-Gatter 153 geliefert, d.h. dieses Signal wird dem voreingestellten Anschluss des Integrators 225 zugeführt. Das Ausgangssignal des NAND-Gatters 155, d.h. der Halteanschluss des Integrators 225, befindet sich auf dem Niveau L.
Der Integrator 225 kann somit in normaler Weise arbeiten, ohne angehalten zu werden, und er wird nicht voreingestellt, ausser wenn die Abweichung den vierten Zustand verlässt und der Erregerstrom wirklich gebraucht wird, wie in der 14. Ausführungsform beschrieben. Somit dreht sich der Motor in normaler Weise weiter. In diesem Falle steuert der Erregerstromregler 7 das Erregerstromsteuersignal Ref so, dass es zweckmässig auf die Belastung reagiert.
Zweitens wird ein Fall dargestellt, wo sich das Signal „EN" auf dem Niveau H und das Ausgangssignal des Geschwindigkeitsdetektors ebenfalls auf dem Niveau H befindet.
In diesem Falle hält der Motor in seiner Drehung durch Erzeugung des Haltedreh moments zur Positionierung inne. Das Ausgangssignal des AND-Gatters 153, d.h. der voreingestellte Anschluss des Integrators 225, befindet sich auf dem Niveau L. Ein Ausgangssignal des NAND-Gatters 155, d.h. der Halteanschluss des Integrators 225, befindet sich auf dem Niveau H.
Der Integrator 225 wird somit angehalten, und der Up-Down-Zähler 209 bewahrt das digitale Ausgangssignal, mit dem der Motor in normaler Weise angetrieben wird. Der vorein gestellte Anschluss des Integrators 225 wird auf dem Niveau L gehalten, so dass vermieden werden kann, das der Zähler 209 irrtümlich voreingestellt wird.
Da sich in diesem Falle das Ausgangssignal des Geschwindigkeitsdetektors 140 auf dem Niveau H befindet, erhöht das OR-Gatter 145 zwangsweise das Erregerstromsteuersignal Ref, wodurch das Haltedrehmoment erhalten wird. Dies ist die gleiche Wirkungsweise wie in der 26. Ausführungsform erörtert.
Drittens wird ein Fall dargestellt, wo sich das Signal "EN" auf dem Niveau L befindet.
In diesem Fall wird der Motor angehalten, da der Strom zur Erregung der Wicklungen abgeschaltet ist. Das Ausgangssignal vom AND-Gatter 153, d.h. der voreingestellte Anschluss des Integrators 225, befindet sich auf dem Niveau L, während das Ausgangssignal vom NAND-Gatter 155, d.h. der Halteanschluss des Integrators 225, sich auf dem Niveau H befindet.
Der Integrator 225 ist somit angehalten, während der Up-Down-Zähler 209 das digitale Ausgangssignal bewahrt, mit dem der Motor auf normale Weise angetrieben wird. Der voreingestelle Anschluss des Integrators 225 wird auf dem Niveau L gehalten, so dass vermieden werden kann, dass Zähler 209 irrtümlich voreingestellt wird.
Die 27. Ausführungsform beweist, wie oben erörtert, dass der Halteanschluss des Integrators 224 auf dem Niveau H gehalten und dadurch die Funktion des Integrators angehalten wird, wenn der Motor für eine Positionierung angehalten werden soll, indem das Haltedrehmoment erzeugt wird, oder der Motor angehalten wird, indem die Stromzufuhr zu den Wicklungen angehalten wird, d.h. indem der Erregerstrom fast auf null reduziert wird. Dank dieser Wirkungsweise kann der Up-Down-Zähler 209, der ein Element des Integrators 225 ist, sein digitales Ausgangssignal bewahren und so den Wert des Erregerstromsteuersignals Ref speichern, mit dem der Motor in normaler Weise angetrieben wird.
Wenn der Motor erneut angetrieben wird, kann dieser gespeicherte Wert des Signals Ref der Anfangspunkt für die Änderung des Ausgangssignals durch den Zähler 209 sein, wodurch der Integrationsvorgang des Integrators 225 erneut begonnen wird. Durch diese Wirkungsweise kann Signal Ref rasch auf einen der Belastung angepassten Wert konvergieren. Kurz gesagt, kann die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 27. Ausführungsform den belasteten Zustand erfahren, so dass die Antwortleistung bei Steuerung des Erregerstroms beim Wiederanlauf des Motors verbessert ist.
(Beispielhafte Ausführungsform 28)
70 veranschaulicht eine Struktur einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 28. beispielhaften Ausführungsform.
Die 28. Ausführungsform unterscheidet sich von der in 68 gezeigten 27. Ausführungsform in den folgenden Punkten.
In 70 werden ein Ausgangssignal des AND-Gatters 231, das eines der Elemente ist, aus denen der Erregerstrom-Zwangsverstärker 30 besteht, ein Ausgangssignal des Geschwindigkeitsdetektors 140 und ein Ausgangssignal der PWM-Schaltung 147 zusammen über das AND-Gatter 157 der Glättungsschaltung 149 zugeführt. Das zum Ausgangssignal des Geschwindigkeitsdetektor 140 umgekehrte Signal und das Stromzufuhr-Stoppsignal „EN" werden über das NAND-Gatter 155 zusammen einem Halteanschluss des Integrators 225 zugeführt. Der Halteanschluss des Integrators 225 ist mit dem Halteanschluss des im Integrator 225 enthaltenen Vorwärts-Rückwärts-Zählers 209 verbunden. Der voreingestellte Anschluss und das AND-Gatter 153, die in der in 68 gezeigten 27. Ausführungsform beschrieben wurden, sind daher weggefallen. Die weiteren Strukturen in dieser Ausführungsform sind die gleichen wie die in der in 68 gezeigten 27. Ausführungsform.
Die Wirkungsweise der wie oben aufgebauten 28. Ausführungsform wird hiernach dargestellt. Indessen sind das Ausgangssignal des AND-Gatters 231, das ein Element des Verstärkers 30 ist, das Ausgangssignal des Geschwindigkeitsdetektors 140 und das Stoppsignal „EN" mit den in der 27. Ausführungsform beschriebenen identisch. Weiter arbeitet der Halteanschluss des Integrators 225 in der gleichen Weise wie in der 27. Ausführungsform beschrieben.
Zuerst wird ein Fall dargestellt, wo sich das Signal „EN" auf dem Niveau H und das Ausgangssignal des Geschwindigkeitsdetektors 140 auf dem Niveau L befindet, d.h. in diesem Fall wird der Motor in normaler Weise angetrieben, und der Erregerstrom braucht nicht erhöht zu werden, um das Anlaufdrehmoment oder das Haltedrehmoment zu erhalten.
Das Ausgangssignal des NAND-Gatters 155, d.h. der Halteanschluss des Integrators 225, befindet sich auf dem Niveau L. Der Integrator 225 kann somit auf normale Weise arbeiten, ohne angehalten zu werden, und der Motor wird auf normale Weise in Drehung gehalten. In diesem Fall steuert der Erregerstromregler 7 das Erregerstromsteuersignal Ref so, dass es zweckmässig auf die Belastung reagiert.
Wenn die Abweichung den vierten Zustand verlässt, steigt das Ausgangssignal des AND-Gatters 231 auf das Niveau H, wodurch sich das Ausgangssignal der Glättungsschaltung 149 über das OR-Gatter 157 erhöht. Kurz gesagt, wird wie in der 14. Ausführungsform ein digitales Ausgangssignal des Up-Down-Zählers 209 im Integrator 225 durch diese Zwangsverstärkung nicht beeinflusst und wird weiter aufrecht erhalten, obwohl das Erregerstromsteuersignal Ref zwangsweise verstärkt wird.
Zweitens wird ein Fall dargestellt, wo sich das Signal „EN" auf dem Niveau H und das Ausgangssignal des Geschwindigkeitsdetektors 140 auch auf dem Niveau H befindet. In diesem Falle hält der Motor in seiner Drehung inne, wobei das Haltedrehmoment für die Positionierung erzeugt wird. Ein Ausgangssignal des NAND-Gatters 155, d.h. der Halteanschluss des Integrators 225, befindet sich auf dem Niveau H. Der Integrator 225 wird dadurch angehalten, und der Up-Down-Zähler 209 bewahrt das digitale Ausgangssignal, mit dem der Motor in normaler Weise angetrieben wird.
Da sich in diesem Fall das Ausgangssignal des Geschwindigkeitsdetektors 140 auf dem Niveau H befindet, erhöht das OR-Gatter 157 zwangsweise das Erregerstromsteuersignal Ref, wodurch das Haltedrehmoment erhalten wird. Dies ist die gleiche Wirkungsweise wie in der 26. Ausführungsform erörtert.
Drittens wird ein Beispiel dargestellt, wo das Signal „EN" sich auf dem Niveau L befindet.
In diesem Falle steht der Motor, da der Strom zur Erregung der Wicklungen unterbrochen ist. Das Ausgangssignal des NAND-Gatters 155, d.h. der Halteanschluss des Integrators 225, befindet sich auf dem Niveau H. Der Integrator 225 ist somit angehalten, während der Up-Down-Zähler 209 das digitale Ausgangssignal bewahrt, mit dem der Motor auf normale Weise angetrieben wird.
Die 28. Ausführungsform beweist, wie oben erörtert und ebenso wie in der 27. Ausführungsform, dass der Wert des Erregerstromsteuersignals Ref, mit dem der Motor auf normale Weise angetrieben wird, gespeichert werden kann, wenn der Motor für eine Positionierung angehalten werden soll, indem ein Haltedrehmoment erzeugt wird, oder wenn der Motor angehalten wird, indem die Stromzufuhr zu den Wicklungen unterbrochen wird, d.h. der Erregerstrom fast auf null reduziert wird. Die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung gemäss der 28. Ausführungsform kann den belasteten Zustand so bewältigen, dass die Antwortleistung bei Steuerung des Erregerstroms für einen Wiederanlauf des Motors verbessert ist.
(Beispielhafte Ausführungsform 29)
In 70, die die zuvor erörterte 28. Ausführungsform veranschaulicht, werden Signale Sa, Sb als Gleichlaufverlustsignale „UL" über das OR-Gatter 239 von den Abweichungsdetektoren 20a, 20b geliefert. Dieses Signal „UL" ist mit dem Signal „UL" identisch, das in der in 38 gezeigten 11. Ausführungsform beschrieben worden ist. In anderen Worten werden Signale „UL", die anzeigen, dass das Antriebsbefehlssignal nicht mit dem Positionserkennungs signal synchron ist, einem übergeordneten Gerät zugeführt, wenn die Abweichungsdetektoren 20a, 20b den zweiten oder dritten Zustand erkennen.
Durch diese Übermittlung des Gleichlaufverlustsignals „UL" an das übergeordnete Gerät kann dieses Gerät feststellen, ob der darin eingebaute Schrittmotor richtig funktioniert oder nicht. In anderen Worten nutzt das übergeordnete Gerät die Signale „UL" so, dass der darin eingebaute Schrittmotor bis zur Grenze der Drehmomentenkennlinie angetrieben werden kann, indem der Motor mit dem Antriebsbefehlssignal synchron gehalten wird. Im Ergebnis erbringt der Motor seine bestmögliche Leistung.
Es bedarf keiner Erwähnung, dass das Signal „UL" nicht auf die in 70 gezeigte Ausführungsform beschränkt ist, sondern auf alle zuvor erörterten Ausführungsformen anwendbar ist, solange dort Signale Sa, Sb zum Einsatz kommen.
71 und 72 sind eine Vorderansicht und eine Unteransicht einer Schrittmotor-Antriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung. Motor 501 umfasst, 1) einen Rotor mit einem zylindrischen Dauermagneten, der zu N- und S-Polen magnetisiert ist, und 2) einen Stator, der Eisenkerne umfasst, die dem Rotor über einen ringförmigen Raum gegenüberstehen, wobei die Eisenkerne mit den Wicklungen bewickelt sind. Magnetfühler 503 schliesst einen Positionsdetektor mit Hall-Elementen ein. Die Leiterplatte 509 ist mit integrierten Schaltungen (IC) zur Steuerung des Motors, elektronischen Komponenten ausserhalb der IC (nicht gezeigt) sowie einem Stecker 507 ausgestattet. Die Leiterplatte 509 erstreckt sich zur Innenseite des Motors hin, und die den Magnetfühler 503 bildenden Komponenten sind darauf montiert.
Die IC enthält integriert auf einem einzelnen Siliciumchip die Schaltkreise mit den Strukturen, die in vorangehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind, sowie einen Leistungstransistor zur Stromversorgung des Motors. Der Stecker 507 vermittelt Signale zwischen der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung und dem System, in das die Vorrichtung eingebaut ist.
Der Motor und die Platte sind nicht notwendigerweise eingebaut, wie oben erörtert, sondern können auch durch Leiterdrähte verbunden sein.
Die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst, wie oben erörtert, den Motor, der im Grunde der gleiche Schrittmotor wie der herkömmliche ist, sowie die magnetischen Fühler, die zum Beispiel aus Hall-Elementen gebildet sein können, wodurch ein Kodierer hoher Auflösung wie zum Beispiel ein sperriger Resolver eliminiert wird. Die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung braucht zusätzlich zur herkömmlichen Vorrichtung physisch nur den Magnetfühler, so dass die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung nicht sperrig wird und leicht in ein System hineinpasst, in dem die herkömmliche Schrittmotor-Antriebsvorrichtung eingesetzt worden war.
Die Vorteile der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden.
1. Betreffend: Beispielhafte Ausführungsformen 1 und 2
Wenn der als Reaktion auf die Antriebsbefehlssignale erfolgende Erregungswechsel der Wicklungen jeder Phase das Drehmoment in einer Richtung lenkt, die ungünstig dafür ist, dass sich der Motor in der gewünschten Richtung dreht, wird ein durch den Positionsdetektor erzeugtes Signal als Erregersignal an den Erreger geliefert. Wenn der Erregerwechsel das Drehmoment in eine Richtung lenkt, die günstig dafür ist, dass sich der Motor in der gewünschten Richtung dreht, wird das Antriebsbefehlssignal als Erregersignal an den Erreger geliefert. Der so funktionierende Erregungszeitpunktregler ist für die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung vorgesehen. Im Ergebnis lassen sich eine Geschwindigkeitssteuerung und eine Positionssteuerung zu niedrigen Kosten durch ein äusserst einfaches System erzielen, was ein Hauptvorteil des Schrittmotors ist. Darüber hinaus hat der Schrittmotor, wenn das Antriebsbefehlssignal eine hohe Frequenz hat, eine Arbeitsweise, die mit der eines bürstenlosen Gleichstrommotors identisch ist, wodurch die Möglichkeit eines Gleichlaufverlusts ausgeräumt ist.
Der Erregungszeitpunktregler kann leicht durch den Verzögerungssignalwähler gebildet werden. Wenn der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen, gibt der Verzögerungssignalwähler von den Antriebsbefehlssignalen und dem Positionserkennungssignal das spätere Eingangssignal aus. Wenn der Motor angewiesen ist, sich in der negativen Richtung zu drehen, gibt der Verzögerungssignalwähler von den Antriebsbefehlssignalen und den zu den Positionserkennungssignalen umgekehrten Signalen das spätere Eingangssignal aus.
Der Verzögerungssignalwähler kann durch den reziproken Haltespeicher gebildet werden, der die Niveaus der Signale wie folgt verriegelt:

a) Bei Anweisung des Motors, sich in der positiven Richtung zu drehen: a1) Verriegelung des Niveaus des Positionserkennungssignals zu einem Zeitpunkt, an dem sich das Antriebsbefehlssignal ändert. a2) Verriegelung des Niveaus des Antriebsbefehlssignals zu einem Zeitpunkt, an dem sich das Positionserkennungssignal ändert.
b) Bei Anweisung des Motors, sich in der negativen Richtung zu drehen: b1) Verriegelung des Niveaus des zum Positionserkennungssignals umgekehrten Signals zu einem Zeitpunkt, an dem sich das Antriebsbefehlssignal ändert; b2) Verriegelung des Niveaus des Antriebsbefehlssignals zu dem Zeitpunkt, an dem sich das Positionserkennungssignal ändert.

In diesem Fall kann sich das Erregersignal glatt und nahtlos ändern, wenn sich die gegenseitige Voreilung bzw. Verzögerung zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal plötzlich umkehrt. Im Ergebnis kann der Schrittmotor in einer stabileren Weise gesteuert werden.
Der Verzögerungssignalwähler kann durch den reziproken Signalwähler gebildet werden. Bei Anweisung des Motors, sich in der positiven Richtung zu drehen, wählt der reziproke Signalwähler das Positionserkennungssignal zu dem Zeitpunkt, wenn das Antriebsbefehlssignal sich ändert, und gibt es aus, oder er wählt das Antriebsbefehlssignal zu dem Zeitpunkt, wenn das Positionserkennungssignal sich ändert, und gibt es aus. Bei Anweisung des Motors, sich in der negativen Richtung zu drehen, wählt der reziproke Signalwähler die zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signale zu dem Zeitpunkt, wenn das Antriebsbefehlssignal sich ändert, und gibt sie aus, oder er wählt das Antriebsbefehlssignal zu dem Zeitpunkt, wenn das Positionserkennungssignal sich ändert, und gibt es aus. In diesem Falle kann sich das Erregersignal glatt und nahtlos ändern, wenn sich die gegenseitige Voreilung bzw. Verzögerung zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal plötzlich umkehrt. Im Ergebnis kann der Schrittmotor in einer stabileren Weise gesteuert werden.
Der Positionsdetektor kann aus Hall-Elementen gebildet werden, die billig und von geringer Grösse sind. In diesem Falle ist wenig Platz erforderlich, um den Positionsdetektor am Motor zu montieren, und so kann eine Schrittmotor-Antriebsvorrichtung erzielt werden, die frei von Gleichlaufverlust ist und die sowohl in ihrer Grösse als auch in ihrem Preis ebenso gut wie eine herkömmliche ist. Der Positionsdetektor und der Erregungszeitpunktregler können unabhängig für jede Phase vorgesehen werden. Durch diese Struktur ist es dem Erregungszeitpunktregler möglich, die Signale unabhängig zu verarbeiten und daher frei von einer Bindung an Verarbeitungssignale anderer Phasen zu sein, wodurch sich der Aufbau vereinfacht. Weiter lässt sich diese Struktur leicht auf einen Mehrphasen-Schrittmotor anwenden, so dass ein Mehrphasen-Schrittmotor erzielt werden kann, der frei von Gleichlaufverlust ist.
2) Betreffend: Beispielhafte Ausführungsformen 3 und 4
Ein Erregerstromregler ist vorgesehen, der wie folgt wirkt. Wenn als Reaktion auf die Antriebsbefehlssignale der Erregungswechsel der Wicklungen jeder Phase das Drehmoment in eine Richtung lenkt, die günstig dafür ist, dass sich der Motor in der gewünschten Richtung dreht, dann ändert der Erregerstromregler je nach dem Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal sein Signal so, dass der maximale Erregerstrom der Antriebswicklungen abnehmen kann. Wenn der Erregungswechsel das Drehmoment in eine Richtung lenkt, die ungünstig dafür ist, dass sich der Motor in der gewünschten Richtung dreht, dann ändert der Erregerstromregler je nach dem Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal sein Signal so, dass der maximale Erregerstrom der Wicklungen zunehmen kann. Diese Struktur ermöglicht es dem Motor, die Welligkeit seines Drehmoments, die Vibrationen, Geräusche und die Drehgeschwindigkeitsschwankungen zu verringern.
Des Weiteren wird der Erregerstrom auf einen auf die Frequenz des Antriebsbefehlssignals und die Belastung reagierenden, zweckmässigen Wert gesteuert, so dass der Wirkungsgrad des Motors wesentlich verbessert ist und der Motor dauerhafter der Möglichkeit eines Gleichlaufverlusts widerstehen kann.
In der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung werden die folgenden zwei Elemente eingesetzt: 1) der Erregungszeitpunktregler, der als Reaktion auf den Eingabezeitpunkt des Antriebsbefehlssignals oder des Positionserkennungssignals den Erregerstrom ausgibt, und 2) der Erregerstromregler, der auf den Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal reagierend das Erregerstromsteuersignal ausgibt. Wenn als Reaktion auf die Antriebsbefehlssignale der Erregungswechsel der Wicklungen jeder Phase das Drehmoment in die Richtung lenkt, die günstig dafür ist, dass sich der Motor in der gewünschten Richtung dreht, dann gibt der Erregungszeitpunktregler das Erregersignal dem Eingabezeitpunkt des Antriebsbefehlssignals entsprechend aus. Des Weiteren ändert der Erregerstromregler sein Signal auf den Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal reagierend so, dass der maximale Erregerstrom der Wicklungen abnehmen kann. Wenn der Erregungswechsel das Drehmoment in einer Richtung lenkt, die ungünstig dafür ist, dass sich der Motor in der gewünschten Richtung dreht, dann gibt der Erregungszeitpunktregler auf den Eingabezeitpunkt des Positionserkennungssignals reagierend das Erregersignal aus. Des Weiteren ändert der Erregerstromregler sein Signal auf den Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal reagierend so, dass der maximale Erregerstrom der Wicklungen zunehmen kann.
Diese Struktur ermöglicht es, dass der Schrittmotor gründlich frei von Gleichlaufverlust ist. Diese Struktur verringert auch Welligkeit des Drehmoments, Vibrationen, Geräusche und Drehgeschwindigkeitsschwankungen des Motors. Des Weiteren wird der Erregerstrom auf einen auf die Frequenz des Antriebsbefehlssignals und die Belastung reagierenden, zweckmässigen Wert gesteuert, so dass der Wirkungsgrad des Motors wesentlich verbessert ist.
Der Positionsdetektor kann aus kompakten und billigen Hall-Elementen gebildet werden, setzt daher nicht notwendigerweise einen sperrigen und teuren Kodierer oder Resolver ein. In diesem Falle ist wenig Platz erforderlich, um den Positionsdetektor am Motor zu montieren, und so kann eine Schrittmotor-Antriebsvorrichtung erzielt werden, die frei von Gleichlaufverlust ist und die sowohl in ihrer Grösse als auch in ihrem Preis ebenso gut wie eine herkömmliche ist.
Es bedarf keiner Erwähnung, dass im Positionsdetektor immer noch ohne jegliche technische Probleme ein Kodierer oder ein Resolver eingesetzt werden kann.
Da der Erregerstromregler den Erregerstrom der Antriebswicklungen auf den für die Belastung zweckmässigen Wert steuert, erzeugt der Motor weniger Wärme. Dadurch können im Positionsdetektor (den Hall-Elementen) statt der hochtemperatur-kompensierenden Hall-Elemente billige Allzweck-Hall-Elemente eingesetzt werden.
3) Betreffend: Beispielhafte Ausführungsformen 5 bis 11
Ein Erregungszeitpunktregler ist für die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung vorgesehen, und dieser Regler umfasst, a) einen Verzögerungssignalwähler, b) einen Abweichungsdetektor und c) einen Erregersignalwähler. Diese Elemente funktionieren wie folgt:

a) Wenn der Motor angewiesen ist, sich in der positiven Richtung zu drehen, dann gibt der Verzögerungssignalwähler das spätere Eingangssignal aus Antriebsbefehlssignal und Positionserkennungssignal aus. Wenn andererseits der Motor angewiesen ist, sich in der negativen Richtung zu drehen, gibt der Verzögerungssignalwähler das spätere Eingangssignal aus Antriebsbefehlssignal und dem zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signal aus.
b) Der Abweichungsdetektor erkennt, ob die Abweichung, d.h. der Unterschied in den Impulszahlen zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal in den ersten Zustand (b1), den zweiten Zustand (b2) oder den dritten Zustand (b3) fällt. Die Definitionen dieser Zustände sind wie folgt.
b1) die Abweichung liegt innerhalb eines gegebenen Wertes;
b2) die Abweichung liegt ausserhalb des gegebenen Wertes und verlangt dann ein Vorwärtsdrehmoment, damit der Treiber des Motors in die positive Richtung gelenkt wird und dadurch die Abweichung in den gegebenen Wert zurückgebracht wird; und
b3) die Abweichung liegt ausserhalb des gegebenen Wertes und verlangt dann ein Rückwärtsdrehmoment, damit der Treiber des Motors in die negative Richtung gelenkt wird und dadurch die Abweichung in den gegebenen Wert zurückgebracht wird.
c) Der Erregersignalwähler wählt auf der Basis des Erkennungsergebnisses des Abweichungsdetektors ein einziges Erregersignal aus den folgenden drei Signalen aus: c1) einem Ausgangssignal des Verzögerungssignalwählers; c2) einem Positionserkennungssignal; und c3) einem zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signal.

Der Erregersignalwähler funktioniert wie folgt. Wenn der Abweichungsdetektor erkennt, dass die Abweichung in den ersten Zustand fällt, dann wählt der Erregersignalwähler das Ausgangssignal des Verzögerungssignalwählers als das Erregersignal. Wenn der Detektor den zweiten Zustand erkennt, dann wählt der Erregersignalwähler das Positionserkennungssignal als das Erregersignal. Wenn der Detektor den dritten Zustand erkennt, dann wählt der Wähler das zum Positionserkennungssignal umgekehrte Signal als Erregersignal. Die drei Zustände werden weiter eingehend wie folgt beschrieben:

a) Wenn die Abweichung innerhalb des ersten Zustands liegt und das Antriebsbefehlssignal eine niedrige Frequenz hat oder der Motor eine leichte Belastung hat, erlaubt der Verzögerungssignalwähler, dass das Antriebsbefehlssignal das Erregersignal ist. Somit funktioniert der Schrittmotor so gut wie der herkömmliche, d.h. die Drehgeschwindigkeit kann leicht auf die Frequenz des Antriebsbefehlssignals reagierend gesteuert werden, so dass die Geschwindigkeitssteuerung ebenso wie die Positionssteuerung mit einem extrem einfachen System zu niedrigen Kosten erzielt werden kann. Das Hauptmerkmal des Schrittmotors wird somit in die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung der vorliegenden Erfindung übernommen.
b) Wenn die Abweichung innerhalb des ersten Zustands liegt und das Antriebsbefehlssignal eine hohe Frequenz hat oder der Motor eine hohe Belastung hat, erlaubt der Verzögerungssignalwähler, dass das Positionserkennungssignal das Erregersignal ist. Kurz gesagt arbeitet der Schrittmotor einem bürstenlosen Gleichstrommotor gleichwertig, wodurch das Problem eines Gleichlaufverlusts eliminiert ist.
c) Im zweiten Zustand tritt zumindest eine der folgenden Erscheinungen auf: das Antriebsbefehlssignal hat eine äusserst hohe Frequenz; die Frequenz des Signals steigt plötzlich an; der Motor hat eine hohe Belastung; oder die Belastung des Motors steigt plötzlich an. der Treiber unterschreitet die Position.

Wenn die Abweichung den ersten Zustand verlässt und in den zweiten Zustand fällt, wirkt das Positionserkennungssignal als Erregersignal, so dass die Erregung der Antriebswicklungen gewechselt werden kann, ohne das erzeugte Drehmoment zu verringern. Der Treiber kann daher in der positiven Richtung beschleunigt und angetrieben werden, während das Drehmoment auf dem maximalen Niveau gehalten wird.
Der Treiber wird genügend stark in der positiven Richtung beschleunigt, und schlussendlich wird der zweite Zustand vom ersten Zustand übernommen, wo der Schrittmotor richtig funktioniert.
In der Übergangsperiode vom ersten zum zweiten Zustand oder umgekehrt besteht keine Möglichkeit für einen Gleichlaufverlust des Motors.

d) Im dritten Zustand tritt zumindest eine der folgenden Erscheinungen auf: die Frequenz des Antriebsbefehlssignals sinkt plötzlich ab; die Belastung des Motors sinkt plötzlich ab; der Antriebsrichtungsbefehl wird umgekehrt; oder der Treiber überschreitet die Position.

Wenn die Abweichung den ersten Zustand verlässt und in den dritten Zustand fällt, wirkt das zum Positionserkennungssignal umgekehrte Signal als Erregersignal, so dass das an den Motor angelegte Drehmoment den Treiber verlangsamt, um einen Gleichlaufverlust zu vermeiden.
Der Treiber wird genügend stark verlangsamt, und schlussendlich wird der dritte Zustand vom ersten Zustand übernommen, wo der Schrittmotor richtig funktioniert.
In der Übergangsperiode vom ersten zum dritten Zustand oder umgekehrt besteht keine Möglichkeit für einen Gleichlaufverlust des Motors.
Der Verzögerungssignalwähler kann aus einem reziproken Haltespeicher gebildet werden, der Signalniveaus auf folgende Weise verriegelt:

a) Bei Anweisung des Motors, sich in der positiven Richtung zu drehen: a1) Verriegelung des Niveaus des Positionserkennungssignals zu dem Zeitpunkt, wo sich das Antriebsbefehlssignal ändert. a2) Verriegelung des Niveaus des Antriebsbefehlssignals zu dem Zeitpunkt, wo sich das Positionserkennungssignal ändert.
b) Bei Anweisung des Motors, sich in der negativen Richtung zu drehen: b) Verriegelung des Niveaus des zum Positionserkennungssignals umgekehrten Signals zu dem Zeitpunkt, wo sich das Antriebsbefehlssignal ändert; b) Verriegelung des Niveaus des Antriebsbefehlssignals zu dem Zeitpunkt, wo sich das Positionserkennungssignal ändert.

Wenn sich in diesen Fällen die gegenseitige Voreilung bzw. Verzögerung zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal plötzlich umkehrt, kann das Erregersignal sich glatt und nahtlos ändern. Im Ergebnis kann der Schrittmotor in einer stabileren Weise gesteuert werden.
Der Verzögerungssignalwähler kann durch den reziproken Signalwähler gebildet werden. Bei Anweisung des Motors, sich in der positiven Richtung zu drehen, wählt der reziproke Signalwähler das Positionserkennungssignal zu dem Zeitpunkt, wenn das Antriebsbefehlssignal sich ändert, und gibt es aus, oder er wählt das Antriebsbefehlssignal zu dem Zeitpunkt, wenn das Positionserkennungssignal sich ändert, und gibt es aus. Bei Anweisung des Motors, sich in der negativen Richtung zu drehen, wählt der reziproke Signalwähler die zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signale zu dem Zeitpunkt, wenn das Antriebsbefehlssignal sich ändert, und gibt sie aus, oder er wählt das Antriebsbefehlssignal zu dem Zeitpunkt, wenn das Positionserkennungssignal sich ändert, und gibt es aus. In diesen Fällen kann sich das Erregersignal glatt und nahtlos ändern, wenn sich die gegenseitige Voreilung bzw. Verzögerung zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal plötzlich umkehrt. Im Ergebnis kann der Schrittmotor in einer stabileren Weise gesteuert werden.
Der Positionsdetektor und der Erregungszeitpunktregler können unabhängig für jede Phase vorgesehen werden. Durch diese Struktur ist es dem Erregungszeitpunktregler möglich, frei von einer Bindung an Verarbeitungssignale anderer Phasen zu sein, wodurch sich der Aufbau vereinfacht. Weiter lässt sich diese Struktur leicht auf den Mehrphasen-Schrittmotor anwenden, so dass ein Mehrphasen-Schrittmotor erzielt werden kann, der frei von Gleichlaufverlust ist.
Zusätzlich zum Erregungszeitpunktregler wird in der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung ein Erregerstromregler eingesetzt, der das Erregerstromsteuersignal auf den Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal reagierend ausgibt und dadurch den Erregerstrom der Antriebswicklungen steuert. Hier sind die auf die jeweiligen Phasenunterschiede ansprechenden Steuerverfahren.

a) Bei Anweisung des Motors, sich in der positiven Richtung zu drehen: a1) Wenn das Antriebsbefehlssignal in seiner Phase gegenüber dem Phasenerkennungssignal verzögert ist, wird der Phasenunterschied als ein Verzögerungsphasenunterschied bezeichnet. a2) Wenn das Antriebsbefehlssignal in seiner Phase gegenüber dem Phasenerkennungssignal voreilt, wird der Phasenunterschied als ein Voreilungsphasenunterschied bezeichnet.
b) Bei Anweisung des Motors, sich in der negativen Richtung zu drehen: b1) Wenn das Antriebsbefehlssignal in seiner Phase gegenüber einem zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signal verzögert ist, wird der Phasenunterschied als ein Verzögerungsphasenunterschied bezeichnet. b2) Wenn das Antriebsbefehlssignal in seiner Phase gegenüber dem zum Phasenerkennungssignal umgekehrten Signal voreilt, wird der Phasenunterschied als ein Voreilungsphasenunterschied bezeichnet.

Wenn der Verzögerungsphasenunterschied erzeugt wird, dann verändert der Erregerstromregler sein Signal so, dass der maximale Erregerstrom abnehmen kann. Wenn der Voreilungsphasenunterschied erzeugt wird, darin verändert der Erregerstromregler sein Signal so, dass der maximale Erregerstrom zunehmen kann.
Dieser oben erörterte Aufbau liefert weiter den folgenden Vorteil, dass nämlich im ersten Zustand, wenn das Antriebsbefehlssignal eine niedrige Frequenz hat oder der Motor eine leichte Belastung hat, der Erregerstromregler sein Signal so steuert, dass der Erregerstrom der An triebswicklungen abnimmt, wodurch sich die Welligkeit des den Motor antreibenden Drehmoments auf eine im Wesentlichen kleine Welligkeit verringert.
Eine solche im Wesentlichen kleine Welligkeit des Drehmoments verringert die Vibrationen, die Geräusche und die Drehgeschwindigkeitsschwankungen des Motors. Da weiter der Erregerstrom auf ein minimales, auf die Belastung reagierendes Niveau gesteuert wird, kann der Wirkungsgrad des Motors wesentlich verbessert werden.
Im ersten Zustand, wenn das Antriebsbefehlssignal eine hohe Frequenz hat oder der Motor eine hohe Belastung hat, erhöhen der Erregungszeitpunktregler und der Erregerstromregler das Antriebsvermögen des Treibers, so dass der Schrittmotor in seinem Vermögen gestärkt wird, weiter im ersten Zustand angetrieben zu werden, wo der Motor richtig funktionieren kann. In diesem Falle verringert sich die Wellligkeit des Drehmoments, wodurch sich die Vibrationen, Geräusche und Drehgeschwindigkeitsschwankungen des Motors verringern. Im Ergebnis wird der Erregerstrom auf ein auf die Belastung reagierendes, zweckmässiges Niveau gesteuert, und der Wirkungsgrad des Motors wird wesentlich verbessert.
Wenn der Motor in den zweiten Zustand gerät, dann erhöhen der Erregungszeitpunktregler und der Erregerstromregler das an den Treiber angelegte Vorwärts-Drehmoment wesentlich, so dass die Fähigkeit, den Motor zu beschleunigen, wesentlich erhöht wird.
Daher wird der Motor, wenn er wegen der folgenden Faktoren in den zweiten Zustand gerät, augenblicklich in den ersten Zustand zurückversetzt, wo der Schrittmotor richtig funktionieren kann:
das Antriebsbefehlssignal hat eine hohe Frequenz;
die Frequenz des Signals springt plötzlich auf ein hohes Niveau;
der Motor hat eine hohe Belastung;
die Belastung des Motors springt plötzlich auf ein höheres Niveau; oder
der Treiber überschreitet die Position.
Wenn der Motor in den dritten Zustand gerät, dann erhöhen der Erregungszeitpunktregler und der Erregerstromregler das an den Treiber angelegte Rückwärts-Drehmoment wesentlich, so dass die Fähigkeit, den Motor zu verlangsamen, wesentlich erhöht wird.
Daher wird der Motor, wenn er wegen der folgenden Faktoren in den dritten Zustand gerät, augenblicklich in den ersten Zustand zurückversetzt, wo der Schrittmotor richtig funktionieren kann:
die Frequenz des Signals sinkt plötzlich;
die Belastung des Motors sinkt plötzlich;
der Drehrichtungsbefehl wird umgekehrt; oder
der Treiber unterschreitet die Position.
Zusätzlich zum Erregungszeitpunktregler ist ein Erregerstrom-Zwangsverstärker, der den Erregerstrom zwangsweise erhöht, für die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung vorgesehen. Der Erregungszeitpunktregler enthält einen Abweichungsdetektor, der erkennt, ob die Abweichung in den ersten Zustand, den zweiten Zustand oder den dritten Zustand fällt. Die Beschreibung jedes dieser Zustände ist bereits erörtert worden und wird daher hier nicht wiederholt. Der Erregerstrom-Zwangsverstärker erhöht zwangsweise den Erregerstrom der Antriebswicklungen, wenn der Abweichungsdetektor erkennt, dass der Motor in den zweiten oder dritten Zustand gerät.
Die oben erörterte Struktur bewirkt die folgenden Vorteile:
Wenn der Motor wegen der zuvor erörterten Faktoren in den zweiten Zustand oder den dritten Zustand gerät, erlaubt es diese Struktur, den Erregerstrom zwangsweise und rasch ansprechend zu erhöhen, wodurch der Motor augenblicklich in den ersten Zustand zurückversetzt wird, wo der Schrittmotor richtig funktionieren kann.
Weiter wird zusätzlich zum Erregungszeitpunktregler und zum Erregerstromregler der Erregerstrom-Zwangsverstärker, der den Erregerstrom der Antriebswicklungen erhöht, vorgesehen, so dass die Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, die alle zuvor erörterten Vorteile besitzt, erzielt werden kann.
Weiter kann der Start-Stopp-Erreger vorgesehen werden. Beim Anlaufen des Motors oder beim Anhalten des Motors zur Positionierung wirkt dieser Erreger so auf das den Erregern gelieferte Stromwertsignal, dass der Erregerstrom der Antriebswicklungen zwangsweise erhöht wird. Diese Struktur erlaubt es der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, das beim Anlaufen des Motors erforderliche Anlaufdrehmoment sowie das bei der Positionierung des Motors erforderliche Haltedrehmoment zu erhalten. Im Ergebnis wird die Motorenleistung weiter verbessert.
Des Weiteren kann noch ein Signal, das die Information enthält, dass das Antriebsbefehlssignal nicht mit dem Positionserkennungssignal synchron ist, von der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung an e in übergeordnetes Gerät übermittelt werden, wenn der Abweichungsdetektor erkennt, dass der Motor in den zweiten oder dritten Zustand gerät. Diese Struktur erlaubt es der Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, das übergeordnete Gerät davon zu informieren, dass der Schrittmotor den normalen Antriebszustand verlässt, wo das Antriebsbefehlssignal mit dem Positionserkennungssignal synchron ist und der Schrittmotor richtig funktionieren kann. Im Ergebnis kann der Motor seine bestmögliche Leistung erbringen.
Der Positionsdetektor kann statt eines teuren und sperrigen Kodierers oder Resolvers aus billigen und kleinen Hall-Elementen gebildet werden. In diesem Falle ist wenig Platz erforderlich, um den Positionsdetektor (Hall-Elemente) am Schrittmotor zu montieren, und so kann eine Schrittmotor-Antriebsvorrichtung erzielt werden, die frei von Gleichlaufverlust ist und die in ihrer Grösse wie auch in ihrem Preis ebenso gut wie die herkömmliche ist.
Es bedarf keiner Erwähnung, dass der Positionsdetektor ohne jegliche technische Probleme aus dem Kodierer oder Resolver gebildet werden kann.
Der Erregerstromregler steuert den Erregerstrom der Antriebswicklungen auf einen auf die Belastung reagierenden, zweckmässigen Wert, so dass der Motor weniger Wärme erzeugt. Im Ergebnis können im Positionsdetektor statt der hochtemperatur-kompensierenden Hall-Elemente billige Allzweck-Hall-Elemente eingesetzt werden.
4) Betreffend: Beispielhafte Ausführungsformen 12 bis 29
In diesen Ausführungsformen werden die Ausführungsformen 1 bis 11 modifiziert, so dass die oben erörterten Vorteile erhalten werden können.
In jeder Ausführungsform wird ein Schrittmotor des rotierenden Typs verwendet, wo der Rotor der Treiber ist; die vorliegende Erfindung ist jedoch auf den linearen Schrittmotor anwendbar, wo der Treiber sich linear bewegt.
Verschiedene, in jeder Ausführungsform erörterte Steuerungen sind nicht auf Hardwarestrukturen begrenzt, sondern sind als Software verfügbar.
Die den jeweiligen Erregern gelieferten Stromwertsignale können unabhängig gesteuert werden, um in Mikroschritten zu arbeiten.
Der grösste Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Schrittmotor zu realisieren, der von Gleichlaufverlust frei ist. Dieser Vorteil verbessert die Leistung des Schrittmotors auf vorhandenen Anwendungsgebieten und eröffnet neue Anwendungsgebiete, die es wegen des Problems des Gleichlaufverlusts abgelehnt haben, den Schrittmotor einzusetzen. Die vorliegende Erfindung führt daher zu grossen Vorzügen in der Industrie.

Claims

Antriebsvorrichtung für einen Schrittmotor, umfassend: a) einen Schrittmotor (1) mit einer Antriebswicklung für eine Mehrzahl von Phasen; b) einen Erreger (2), um Energie zur Erregung der Antriebswicklung zu liefern; c) einen Positionsdetektor (3) zur Erkennung eines Treibers des Schrittmotors und zur Ausgabe eines Positionserkennungssignals; d) einen Erregungszeitpunktregler (4) zum Empfang eines Antriebsbefehlssignals und des Positionserkennungssignals und, abhängig von der Eingabe entweder des Antriebsbefehlssignals oder des Positionserkennungssignals, zur Ausgabe eines Erregersignals an den Erreger, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregungszeitpunktregler das Erregersignal in Reaktion auf die Eingabe des Antriebsbefehlssignals ausgibt, wenn ein Erregerschalter der auf das Antriebsbefehlssignal ansprechenden Antriebswicklung das Drehmoment in eine solche Richtung lenkt, dass sich der Schrittmotor in einer erwünschten Richtung dreht, aber das Erregersignal in Reaktion auf die Eingabe des Positionserkennungssignals ausgibt, wenn der Erregerschalter der auf das Antriebsbefehlssignal ansprechenden Antriebswicklung das Drehmoment in eine Richtung lenkt, die ungünstig dafür ist, dass sich der Schrittmotor in der erwünschten Richtung dreht.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, weiter einen Verzögerungssignalwähler (5) umfassend, der das spätere Eingangssignal aus Antriebsbefehlssignal und Positionserkennungssignal ausgibt, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in einer positiven Richtung zu drehen, der aber das spätere Eingangssignal aus Antriebsbefehlssignal und einem zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signal ausgibt, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in einer negativen Richtung zu drehen, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal des Verzögerungssignalwählers als Erregersignal an den Erreger geleitet wird.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 2 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass der Verzögerungssignalwähler durch einen reziproken Haltespeicher (50) gebildet wird, der ein Niveau des Positionserkennungssignals bei einer Veränderung des Antriebsbefehlssignals sowie ein Niveau des Antriebsbefehlssignals bei einer Veränderung der Positionsbefehlssignals festhält, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der positiven Richtung zu drehen, und der ein Niveau des zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signals bei einer Veränderung des Antriebsbefehlssignals sowie das Niveau des Antriebsbefehlssignals bei einer Veränderung des Positionsbefehlssignals festhält, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der negativen Richtung zu drehen.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 2 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass der Verzögerungssignalwähler durch einen reziproken Signalwähler (60) gebildet wird, der bei einer Veränderung des Antriebsbefehlssignals das Positionserkennungssignal auswählt und ausgibt und bei einer Veränderung des Positionserkennungssignals das Antriebsbefehlssignal auswählt und ausgibt, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der positiven Richtung zu drehen, der aber bei der Veränderung des Antriebsbefehlssignals das zum Positionserkennungssignal umgekehrte Signal auswählt und ausgibt und bei der Veränderung des Positionserkennungssignals das Antriebsbefehlssignal auswählt und ausgibt, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der negativen Richtung zu drehen.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass ein Erregungszeitpunktregler für jede Phase der betreffenden Antriebswicklungen zur Verfügung steht und der Erregungszeitpunktregler das Positionserkennungssignal wie auch das Antriebsbefehlssignal der dem Erregungszeitpunktregler entsprechenden Antriebswicklung empfängt und das Erregersignal unabhängig von anderen Phasen an die dem Erregungszeitpunktregler entsprechende Antriebswicklung ausgibt.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, weiter umfassend: einen Erregerstromregler (7), der ein dem Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal entsprechendes Stromwertsignal an den Erreger ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerstromregler das Erregerstromsteuersignal so verändert, dass der maximale Erregerstrom der Antriebswicklung entsprechend dem Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal abnimmt, wenn der Erregerschalter der auf das Antriebsbefehlssignal ansprechenden Antriebswicklung ein Drehmoment in einer solchen Richtung lenkt, dass sich der Schrittmotor in einer erwünschten Richtung dreht, und wobei der Erregerstromregler das Erregerstromsteuersignal so verändert, dass der maximale Erregerstrom der Antriebswicklung entsprechend dem Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal zunimmt, wenn der Erregerschalter der auf das Antriebsbefehlssignal ansprechenden Antriebswicklung ein Drehmoment in eine Richtung lenkt, die ungünstig dafür ist, dass sich der Schrittmotor in der erwünschten Richtung dreht.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 6 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerstromregler den Phasenunterschied als einen Verzögerungsphasenunterschied annimmt, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in einer positiven Richtung zu drehen, und das Antriebsbefehlssignal bezüglich des Positionserkennungssignals phasen-verzögert ist, aber den Phasenunterschied als einen Voreilungsphasenunterschied annimmt, wenn das Antriebsbefehlssignal bezüglich des Positionserkennungssignals phasen-vorgeeilt ist, wobei der Erregerstromregler den Phasenunterschied als einen Verzögerungsphasenunterschied annimmt, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in einer negativen Richtung zu drehen und das Antriebsbefehlssignal bezüglich des zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signals phasen-verzögert ist, aber den Phasenunterschied als einen Voreilungsphasenunterschied annimmt, wenn das Antriebsbefehlssignal bezüglich des zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signals phasen-vorgeeilt ist, wobei der Erregerstromregler das Erregerstromsteuersignal so verändert, dass der maximale Erregerstrom abnimmt, wenn der Verzögerungsphasenunterschied erzeugt wird, und wobei der Erregerstromregler das Erregerstromsteuersignal so verändert, dass der maximale Erregerstrom zunimmt, wenn der Voreilungsphasenunterschied erzeugt wird.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass der Erregungszeitpunktregler umfasst: einen Verzögerungssignalwähler, der das spätere Eingangssignal aus Antriebsbefehlssignal und Positionserkennungssignal ausgibt, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in einer positiven Richtung zu drehen, und der das spätere Eingangssignal aus Antriebsbefehlssignal und einem zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signal ausgibt, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in einer negativen Richtung zu drehen; einen Abweichungsdetektor, der erkennt, welchem Zustand ein Unterschied der Impulszahlen zwischen dem Antriebsbefehlssignal und einem zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signal, d.h. eine Abweichung, zuzuordnen ist, einem ersten Zustand, in dem die Abweichung in einen gegebenen Bereich fällt, einem zweiten Zustand, in dem die Abweichung ausserhalb des gegebenen Bereiches liegt und ein Vorwärtsdrehmoment erforderlich ist, um den Treiber des Schrittmotors in die positive Richtung zu lenken, damit die Abweichung in den gegebenen Bereich fällt, und einem dritten Zustand, in dem die Abweichung ausserhalb des gegebenen Bereiches liegt und ein Rückwärtsdrehmoment erforderlich ist, um den Treiber des Schrittmotors in eine negative Richtung zu lenken, damit die Abweichung in den gegebenen Bereich fällt; und einen Erregersignalwähler, der auf der Grundlage des Erkennungsergebnisses des Abweichungsdetektors entweder ein Ausgangssignal des Verzögerungssignalwählers oder das Positionserkennungssignal oder aber das zum Positionserkennungssignal umgekehrte Signal auswählt, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregersignalwähler das Ausgangssignal des Verzögerungssignalwählers als das Erregersignal wählt, wenn der Abweichungsdetektor die Abweichung im ersten Zustand erkennt; wobei der Erregersignalwähler das Positionserkennungssignal als das Erregersignal wählt, wenn der Abweichungsdetektor die Abweichung im zweiten Zustand erkennt; und wobei der Erregersignalwähler das zum Positionserkennungssignal umgekehrte Signal als das Erregersignal wählt, wenn der Abweichungsdetektor die Abweichung im dritten Zustand erkennt.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 8 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass der Abweichungsdetektor umfasst: einen Abweichungszähler, der den Unterschied der Impulszahlen zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal, d.h. die Abweichung, zählt, und einen Ermittler, der entsprechend dem Ausgangssignal des Abweichungszählers feststellt, in welchen Zustand die Abweichung fällt, den ersten Zustand, den zweiten Zustand oder den dritten Zustand, dadurch gekennzeichnet, dass der Abweichungszähler jedesmal eins aufwärts zählt, wenn das Antriebsbefehlssignal eingegeben und der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der positiven Richtung zu drehen, aber jedesmal eins abwärts zählt, wenn das Antriebsbefehlssignal eingegeben und der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der negativen Richtung zu drehen, und ferner jedesmal eins abwärts zählt, wenn das Positionserkennungssignal eingegeben und der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der positiven Richtung zu drehen, aber jedesmal eins aufwärts zählt, wenn das Positionserkennungssignal eingegeben und der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der negativen Richtung zu drehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Ermittler feststellt, dass die Abweichung im ersten Zustand liegt, wenn der Abweichungszähler einen Wert im Bereich von –1 bis +1 ausgibt, dass er ferner feststellt, dass die Abweichung während einer Zeit zwischen dem Punkt, an dem ein Ausgangssignal des Abweichungszählers +2 erreicht hatte, und dem Punkt, an dem das Ausgangssignal zu 0 (null) zurückkehrt, im zweiten Zustand liegt, und dass er feststellt, dass die Abweichung während einer Zeit zwischen dem Punkt, an dem das Ausgangssignal des Abweichungszählers –2 erreicht hatte, und dem Punkt, an dem das Ausgangssignal zu 0 (null) zurückkehrt, im dritten Zustand liegt.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 8 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass der Abweichungsdetektor umfasst: einen Abweichungszähler, der den Unterschied der Impulszahlen zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal, d.h. die Abweichung, zählt, und einen Ermittler, der entsprechend dem Ausgangssignal des Abweichungszählers feststellt, in welchen Zustand die Abweichung fällt, den ersten Zustand, den zweiten Zustand oder den dritten Zustand, dadurch gekennzeichnet, dass der Abweichungszähler jedesmal eins abwärts zählt, wenn das Antriebsbefehlssignal eingegeben und der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der positiven Richtung zu drehen, aber jedesmal eins aufwärts zählt, wenn das Antriebsbefehlssignal eingegeben und der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der negativen Richtung zu drehen, und ferner jedesmal eins aufwärts zählt, wenn das Positionserkennungssignal eingegeben und der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der positiven Richtung zu drehen, aber jedesmal eins abwärts zählt, wenn das Positionserkennungssignal eingegeben und der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der negativen Richtung zu drehen, dadurch gekennzeichnet, dass der Ermittler feststellt, dass die Abweichung im ersten Zustand liegt, wenn der Abweichungszähler einen Wert im Bereich von –1 bis +1 ausgibt, dass er ferner feststellt, dass die Abweichung während einer Zeit zwischen dem Punkt, an dem ein Ausgangssignal des Abweichungszählers –2 erreicht hatte, und dem Punkt, an dem das Ausgangssignal zu 0 (null) zurückkehrt, im zweiten Zustand liegt, und dass er feststellt, dass die Abweichung während einer Zeit zwischen dem Punkt, an dem das Ausgangssignal des Abweichungszählers +2 erreicht hatte, und dem Punkt, an dem das Ausgangssignal zu 0 (null) zurückkehrt, im dritten Zustand liegt.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 8 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass der Verzögerungssignalwähler durch einen reziproken Haltespeicher gebildet wird, der ein Niveau des Positionserkennungssignals bei einer Veränderung des Antriebsbefehlssignals sowie ein Niveau des Antriebsbefehlssignals bei einer Veränderung der Positionsbefehlssignals festhält, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der positiven Richtung zu drehen, und der ein Niveau des zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signals bei einer Veränderung des Antriebsbefehlssignals sowie das Niveau des Antriebsbefehlssignals bei einer Veränderung des Positionsbefehlssignals festhält, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der negativen Richtung zu drehen.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 8 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass der Verzögerungssignalwähler durch einen reziproken Signalwähler gebildet wird, der bei einer Veränderung des Antriebsbefehlssignals das Positionserkennungssignal auswählt und ausgibt und bei einer Veränderung des Positionserkennungs signals das Antriebsbefehlssignal auswählt und ausgibt, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der positiven Richtung zu drehen, der aber bei der Veränderung des Antriebsbefehlssignals das zum Positionserkennungssignal umgekehrte Signal auswählt und ausgibt und bei der Veränderung des Positionserkennungssignals das Antriebsbefehlssignal auswählt und ausgibt, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der negativen Richtung zu drehen.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 8 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass ein Erregungszeitpunktregler für jede Phase der betreffenden Antriebswicklungen zur Verfügung steht und der Erregungszeitpunktregler das Positionserkennungssignal wie auch das Antriebsbefehlssignal der dem Erregungszeitpunktregler entsprechenden Antriebswicklung empfängt und das Erregersignal unabhängig von anderen Phasen an die dem Erregungszeitpunktregler entsprechende Antriebswicklung ausgibt.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Erreger das Erregersignal und ein Stromwertsignal empfängt, dann eine dem Erregersignal entsprechende Erregung auf die Antriebswicklung schaltet und einen dem Stromwertsignal entsprechenden maximalen Erregerstrom ermittelt; und weiter einen Erregerstromregler umfassend, der ein dem Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal entsprechendes Stromwertsignal an den Erreger ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregungszeitpunktregler umfasst: einen Verzögerungssignalwähler, der das spätere Eingangssignal aus Antriebsbefehlssignal und Positionserkennungssignal ausgibt, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in einer positiven Richtung zu drehen, der aber das spätere Eingangssignal aus Antriebsbefehlssignal und einem zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signal ausgibt, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in einer negativen Richtung zu drehen, einen Abweichungsdetektor, der erkennt, welchem Zustand ein Unterschied der Impulszahlen zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal, d.h. eine Abweichung, zuzuordnen ist, einem ersten Zustand, in dem die Abweichung in einen gegebenen Bereich fällt, einem zweiten Zustand, in dem die Abweichung ausserhalb des gegebenen Bereiches liegt und ein Vorwärtsdrehmoment erforderlich ist, um den Treiber des Schrittmotors in die positive Richtung zu lenken, damit die Abweichung in den gegebenen Bereich fällt, und einem dritten Zustand, in dem die Abweichung ausserhalb des gegebenen Bereiches liegt und ein Rückwärtsdrehmoment erforderlich ist, um den Treiber des Schrittmotors in eine negative Richtung zu lenken, damit die Abweichung in den gegebenen Bereich fällt; und einen Erregersignalwähler, der auf der Grundlage des Erkennungsergebnisses des Abweichungsdetektors entweder ein Ausgangssignal des Verzögerungssignalwählers oder das Positionserkennungssignal oder aber das zum Positionserkennungssignal umgekehrte Signal auswählt, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregersignalwähler das Ausgangssignal des Verzögerungssignalwählers als das Erregersignal wählt, wenn der Abweichungsdetektor die Abweichung im ersten Zustand erkennt; wobei der Erregersignalwähler das Positionserkennungssignal als das Erregersignal wählt, wenn der Abweichungsdetektor die Abweichung im zweiten Zustand erkennt; und wobei der Erregersignalwähler das zum Positionserkennungssignal umgekehrte Signal als das Erregersignal wählt, wenn der Abweichungsdetektor die Abweichung im dritten Zustand erkennt, wobei der Erregerstromregler den Phasenunterschied des bezüglich des Positionserkennungssignals phasen-verzögerten Antriebsbefehlssignals als einen Verzögerungsphasenunterschied betrachtet, aber den Phasenunterschied des bezüglich des Positionserkennungssignals phasen-vorgeeilten Antriebsbefehlssignals als einen Voreilungsphasenunterschied betrachtet, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der positiven Richtung zu drehen, und der Erregerstromregler den Phasenunterschied des bezüglich des zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signals phasen-verzögerten Antriebsbefehlssignals als einen Verzögerungsphasenunterschied betrachtet, aber den Phasenunterschied des bezüglich des zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signals vorgeeilten Antriebssignals als einen Voreilungsphasenunterschied betrachtet, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in einer negativen Richtung zu drehen, wobei der Erregerstromregler das Erregerstromsteuersignal so verändert, dass der maximale Erregerstrom der Antriebswicklung abnimmt, wenn der Verzögerungs phasenunterschied erzeugt wird, und der Erregerstromregler das Erregerstromsteuersignal so verändert, dass der maximale Erregerstrom der Antriebswicklung zunimmt, wenn der Voreilungsphasenunterschied erzeugt wird.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 14 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerstromregler umfasst: einen Abweichungszähler, der den Unterschied der Impulszahlen zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal, d.h. die Abweichung, zählt, und einen Phasenermittler, der entsprechend dem Ausgangssignal des Abweichungszählers feststellt, ob der Phasenunterschied der Verzögerungsphasenunterschied oder der Voreilungsphasenunterschied ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abweichungszähler jedesmal eins aufwärts zählt, wenn das Antriebsbefehlssignal eingegeben und der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der positiven Richtung zu drehen, aber jedesmal eins abwärts zählt, wenn das Antriebsbefehlssignal eingegeben und der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der negativen Richtung zu drehen, und ferner jedesmal eins abwärts zählt, wenn das Positionserkennungssignal eingegeben und der Schrittmotor in der positiven Richtung angetrieben wird, aber jedesmal eins aufwärts zählt, wenn das Positionserkennungssignal eingegeben und der Schrittmotor in der negativen Richtung angetrieben wird, und wobei der Phasenermittler feststellt, dass der Phasenunterschied der Voreilungsphasenunterschied ist, wenn der Abweichungszähler einen Wert im Bereich von +1 oder darüber ausgibt, und dass er feststellt, dass der Phasenunterschied der Verzögerungsphasenunterschied ist, wenn der Abweichungszähler einen Wert von –1 oder darunter ausgibt.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 14 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerstromregler umfasst: einen Abweichungszähler, der den Unterschied der Impulszahlen zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal, d.h. die Abweichung, zählt, und einen Phasenermittler, der entsprechend dem Ausgangssignal des Abweichungszählers feststellt, ob der Phasenunterschied der Verzögerungsphasenunterschied oder der Voreilungsphasenunterschied ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abweichungszähler jedesmal eins abwärts zählt, wenn das Antriebsbefehlssignal eingegeben und der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der positiven Richtung zu drehen, aber jedesmal eins aufwärts zählt, wenn das Antriebsbefehlssignal eingegeben und der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der negativen Richtung zu drehen, und ferner jedesmal eins aufwärts zählt, wenn das Positionserkennungssignal eingegeben und der Schrittmotor in der positiven Richtung angetrieben wird, aber jedesmal eins abwärts zählt, wenn das Positionserkennungssignal eingegeben und der Schrittmotor in der negativen Richtung angetrieben wird, und wobei der Phasenermittler feststellt, dass der Phasenunterschied der Voreilungsphasenunterschied ist, wenn der Abweichungszähler einen Wert im Bereich von –1 oder darunter ausgibt, und dass er feststellt, dass der Phasenunterschied der Verzögerungsphasenunterschied ist, wenn der Abweichungszähler einen Wert von +1 oder darüber ausgibt.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Erreger das Erregersignal und ein Stromwertsignal empfängt, dann eine dem Erregersignal entsprechende Erregung auf die Antriebswicklung schaltet und einen dem Stromwertsignal entsprechenden maximalen Erregerstrom ermittelt; und weiter umfassend: einen Erregerstrom-Zwangsverstärker, der das dem Erreger zugeführte Stromwertsignal in die Lage versetzt, den Erregerstrom der Antriebswicklung zwangsweise zu erhöhen, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregungszeitpunktregler umfasst: einen Verzögerungssignalwähler, der das spätere Eingangssignal aus Antriebsbefehlssignal und Positionserkennungssignal ausgibt, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in einer positiven Richtung zu drehen, der aber das spätere Eingangssignal aus Antriebsbefehlssignal und einem zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signal ausgibt, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in einer negativen Richtung zu drehen; einen Abweichungsdetektor, der erkennt, welchem Zustand ein Unterschied der Impulszahlen zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal, d.h. eine Abweichung, zuzuordnen ist, einem ersten Zustand, in dem die Abweichung in einen gegebenen Bereich fällt, einem zweiten Zustand, in dem die Abweichung ausserhalb des gegebenen Bereiches liegt und ein Vorwärtsdrehmoment erforderlich ist, um den Treiber des Schrittmotors in die positive Richtung zu lenken, damit die Abweichung in den gegebenen Bereich fällt, und einem dritten Zustand, in dem die Abweichung ausserhalb des gegebenen Bereiches liegt und ein Rückwärtsdrehmoment erforderlich ist, um den Treiber des Schrittmotors in eine negative Richtung zu lenken, damit die Abweichung in den gegebenen Bereich fällt; und einen Erregersignalwähler, der auf der Grundlage des Erkennungsergebnisses des Abweichungsdetektors entweder ein Ausgangssignal des Verzögerungssignalwählers oder das Positionserkennungssignal oder aber das zum Positionserkennungssignal umgekehrte Signal auswählt, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregersignalwähler das Ausgangssignal des Verzögerungssignalwählers als das Erregersignal wählt, wenn der Abweichungsdetektor die Abweichung im ersten Zustand erkennt; wobei der Erregersignalwähler das Positionserkennungssignal als das Erregersignal wählt, wenn der Abweichungsdetektor die Abweichung im zweiten Zustand erkennt; und wobei der Erregersignalwähler das zum Positionserkennungssignal umgekehrte Signal als das Erregersignal wählt, wenn der Abweichungsdetektor die Abweichung im dritten Zustand erkennt, wobei der Erregerstrom-Zwangsverstärker den Erregerstrom der Antriebswicklung zwangsweise erhöht, wenn der Abweichungsdetektor entweder den zweiten Zustand oder den dritten Zustand erkennt.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Erreger das Erregersignal und ein Stromwertsignal empfängt, dann eine dem Erregersignal entsprechende Erregung auf die Antriebswicklung schaltet und einen dem Stromwertsignal entsprechenden maximalen Erregerstrom ermittelt; und weiter umfassend: einen Erregerstromregler, der ein dem Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal entsprechendes Stromwertsignal an den Erreger ausgibt; und einen Erregerstrom-Zwangsverstärker, der den Erregerstrom der Antriebswicklung zwangsweise erhöht, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregungszeitpunktregler umfasst: einen Verzögerungssignalwähler, der das spätere Eingangssignal aus Antriebsbefehlssignal und Positionserkennungssignal ausgibt, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in einer positiven Richtung zu drehen, der aber das spätere Eingangssignal aus Antriebsbefehlssignal und einem zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signal ausgibt, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in einer negativen Richtung zu drehen, einen Abweichungsdetektor, der erkennt, welchem Zustand ein Unterschied der Impulszahlen zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal, d.h. eine Abweichung, zuzuordnen ist, einem ersten Zustand, in dem die Abweichung in einen gegebenen Bereich fällt, einem zweiten Zustand, in dem die Abweichung ausserhalb des gegebenen Bereiches liegt und ein Vorwärtsdrehmoment erforderlich ist, um einen Treiber des Schrittmotors in die positive Richtung zu lenken, damit die Abweichung in den gegebenen Bereich fällt, und einem dritten Zustand, in dem die Abweichung ausserhalb des gegebenen Bereiches liegt und ein Rückwärtsdrehmoment erforderlich ist, um den Treiber des Schrittmotors in eine negative Richtung zu lenken, damit die Abweichung in den gegebenen Bereich fällt; und einen Erregersignalwähler, der auf der Grundlage des Erkennungsergebnisses des Abweichungsdetektors entweder ein Ausgangssignal des Verzögerungssignalwählers oder das Positionserkennungssignal oder aber das zum Positionserkennungssignal umgekehrte Signal auswählt, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregersignalwähler das Ausgangssignal des Verzögerungssignalwählers als das Erregersignal wählt, wenn der Abweichungsdetektor die Abweichung im ersten Zustand erkennt; wobei der Erregersignalwähler das Positionserkennungssignal als das Erregersignal wählt, wenn der Abweichungsdetektor die Abweichung im zweiten Zustand erkennt; und wobei der Erregersignalwähler das zum Positionserkennungssignal umgekehrte Signal als das Erregersignal wählt, wenn der Abweichungsdetektor die Abweichung im dritten Zustand erkennt, wobei der Erregerstromregler den Phasenunterschied des bezüglich des Positionserkennungssignals phasen-verzögerten Antriebsbefehlssignals als einen Verzögerungsphasenunterschied betrachtet, aber den Phasenunterschied des bezüglich des Positionserkennungssignals phasen-vorgeeilten Antriebsbefehlssignals als einen Voreilungsphasenunterschied betrachtet, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der positiven Richtung zu drehen, und der Erregerstromregler den Phasenunterschied des bezüglich des zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signals phasen-verzögerten Antriebsbefehlssignals als einen Verzögerungsphasenunterschied betrachtet, aber den Phasenunterschied des bezüglich des zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signals phasen-vorgeeilten Antriebsbefehlssignals als einen Voreilungsphasenunterschied betrachtet, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der negativen Richtung zu drehen, wobei der Erregerstromregler das Erregerstromsteuersignal so verändert, dass der maximale Erregerstrom der Antriebswicklung abnimmt, wenn der Verzögerungsphasenunterschied erzeugt wird, und der Erregerstromregler das Erregerstromsteuersignal so verändert, dass der maximale Erregerstrom der Antriebswicklung zunimmt, wenn der Voreilungsphasenunterschied erzeugt wird, und wobei der Erregerstrom-Zwangsverstärker den Erregerstrom der Antriebswicklung zwangsweise erhöht, wenn der Abweichungsdetektor entweder den zweiten Zustand oder den dritten Zustand erkennt.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Erreger das Erregersignal und ein Stromwertsignal empfängt, dann eine dem Erregersignal entprechende Erregung auf die Antriebswicklung schaltet und einen dem Stromwertsignal entsprechenden maximalen Erregerstrom ermittelt; und weiter umfassend: einen Erregerstromregler, der ein dem Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal entsprechendes Stromwertsignal an den Erreger ausgibt; und einen Erregerstrom-Zwangsverstärker, der den Erregerstrom der Antriebswicklung zwangsweise erhöht, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregungszeitpunktregler umfasst: einen Verzögerungssignalwähler, der das spätere Eingangssignal aus Antriebsbefehlssignal und Positionserkennungssignal ausgibt, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in einer positiven Richtung zu drehen, der aber das spätere Eingangssignal aus Antriebsbefehlssignal und einem zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signal ausgibt, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in einer negativen Richtung zu drehen, einen Abweichungsdetektor, der erkennt, welchem Zustand ein Unterschied der Impulszahlen zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal, d.h. eine Abweichung, zuzuordnen ist, einem ersten Zustand, in dem die Abweichung in einen gegebenen Bereich fällt, einem zweiten Zustand, in dem die Abweichung ausserhalb des gegebenen Bereiches liegt und ein Vorwärtsdrehmoment erforderlich ist, um einen Treiber des Schrittmotors in die positive Richtung zu lenken, damit die Abweichung in den gegebenen Bereich fällt, einem dritten Zustand, in dem die Abweichung ausserhalb des gegebenen Bereiches liegt und ein Rückwärtsdrehmoment erforderlich ist, um den Treiber des Schrittmotors in eine negative Richtung zu lenken, damit die Abweichung in den gegebenen Bereich fällt, und einem vierten Zustand, in dem die Abweichung einen breiteren Bereich als den gegebenen Bereich aufweist; und einen Erregersignalwähler, der auf der Grundlage des Erkennungsergebnisses des Abweichungsdetektors entweder ein Ausgangssignal des Verzögerungssignalwählers oder das Positionserkennungssignal oder aber das zum Positionserkennungssignal umgekehrte Signal auswählt, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregersignalwähler das Ausgangssignal des Verzögerungssignalwählers als das Erregersignal wählt, wenn der Abweichungsdetektor die Abweichung im ersten Zustand erkennt; wobei der Erregersignalwähler das Positionserkennungssignal als das Erregersignal wählt, wenn der Abweichungsdetektor die Abweichung im zweiten Zustand erkennt; und wobei der Erregersignalwähler das zum Positionserkennungssignal umgekehrte Signal als das Erregersignal wählt, wenn der Abweichungsdetektor die Abweichung im dritten Zustand erkennt, wobei der Erregerstromregler den Phasenunterschied des bezüglich des Positionserkennungssignals phasen-verzögerten Antriebsbefehlssignals als einen Verzögerungsphasenunterschied betrachtet, aber den Phasenunterschied des bezüglich des Positionserkennungssignals phasen-vorgeeilten Antriebsbefehlssignals als einen Voreilungsphasenunterschied betrachtet, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der positiven Richtung zu drehen, und der Erregerstromregler den Phasenunterschied des bezüglich des zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signals phasen-verzögerten Antriebsbefehlssignals als einen Verzögerungsphasenunterschied betrachtet, aber den Phasenunterschied des bezüglich des zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signals phasen-vorgeeilten Antriebsbefehlssignals als einen Voreilungsphasenunterschied betrachtet, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der negativen Richtung zu drehen, wobei der Erregerstromregler das Erregerstromsteuersignal so verändert, dass der maximale Erregerstrom der Antriebswicklung abnimmt, wenn der Verzögerungsphasenunterschied erzeugt wird, und der Erregerstromregler das Erregerstromsteuersignal so verändert, dass der maximale Erregerstrom der Antriebswicklung zunimmt, wenn der Voreilungsphasenunterschied erzeugt wird, und wobei der Erregerstrom-Zwangsverstärker den Erregerstrom der Antriebswicklung zwangsweise erhöht, wenn der Abweichungsdetektor erkennt, dass die Abweichung den vierten Zustand verlässt.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Erreger das Erregersignal und ein Stromwertsignal empfängt, dann eine dem Erregersignal entsprechende Erregung auf die Antriebswicklung schaltet und einen dem Stromwertsignal entsprechenden maximalen Erregerstrom ermittelt; und weiter einen Erregerstromregler umfassend, der ein dem Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal entsprechendes Stromwertsignal an den Erreger ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerstromregler das Erregerstromsteuersignal so verändert, dass der maximale Erregerstrom der Antriebswicklung entsprechend dem Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal abnimmt, wenn der Erregerschalter der auf das Antriebsbefehlssignal ansprechenden Antriebswicklung ein Drehmoment in einer solchen Richtung lenkt, dass sich der Schrittmotor in einer erwünschten Richtung dreht, wobei der Erregerstromregler das Erregerstromsteuersignal so verändert, dass der maximale Erregerstrom der Antriebswicklung entsprechend dem Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal zunimmt, wenn der Erregerschalter der auf das Antriebsbefehlssignal ansprechenden Antriebswicklung ein Drehmoment in eine Richtung lenkt, die ungünstig dafür ist, dass sich der Schrittmotor in einer erwünschten Richtung dreht, und wobei der Erregerstromregler einen Erregerstrom-Abnahmehalter mit einem Haltedauergenerator umfasst, wobei der Halter das Erregerstromsteuersignal davon abhält, sich zu verändern – diese Veränderung veranlasst den maximalen Erregerstrom der Antriebswicklung abzunehmen – und der Haltedauergenerator fortfährt, ein Erregerstrom-Abnahmehaltesignal zu liefern.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 20 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass das Erregerstrom-Abnahmehaltesignal jedesmal, wenn das Positionserkennungssignal vom Positionsdetektor eingegeben wird, während einer Zeitdauer geliefert wird, die der Geschwindigkeit des Treibers des Schrittmotors entspricht.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 20 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass das Erregerstrom-Abnahmehaltesignal jedesmal, wenn das Positionserkennungssignal vom Positionsdetektor eingegeben wird, während einer gegebenen Zeitdauer geliefert wird.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, weiter umfassend: einen Erregersignal-Stabilitätsermittler, der feststellt, ob das vom Erregungszeitpunktregler gelieferte Erregersignal in einem stabilen Zustand bleibt, in dem das Erregersignal während einer langen Zeitdauer entweder dauernd auf das eingegebene Antriebsbefehlssignal oder das eingegebene Positionserkennungssignal anspricht, oder ob das vom Erregungszeitpunktregler gelieferte Erregersignal in einem instabilen Zustand bleibt, in dem das Erregersignal kurzzeitig zwischen einem Ansprechen auf das eingegebene Antriebsbefehlssignal und einem Ansprechen auf das eingegebene Positionserkennungssignal alterniert; und einem Wähler, der zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Erregersignal wählt und ein auf der Grundlage eines durch den Erregersignal-Stabilitätsermittlers ermittelten Ergebnisses ausgewähltes Signal ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Wähler das Erregersignal auswählt, um die Antriebswicklung zu erregen, wenn der Erregersignal-Stabilitätsermittler feststellt, dass sich das Erregersignal im stabilen Zustand befindet, während der Wähler das Antriebsbefehlssignal auswählt, um die Antriebswicklung zu erregen, wenn der Erregersignal-Stabilitätsermittler feststellt, dass sich das Erregersignal im instabilen Zustand befindet.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 23 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass der Erregersignal-Stabilitätsermittler jedesmal, wenn entweder das Antriebsbefehlssignal oder das Positionsbefehlssignal eingegeben wird, einen Phasenunterschiedszustand von Verzögerung und Voreilung zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionsbefehlssignal speichert und feststellt, dass sich das Erregersignal im stabilen Zustand befindet, wenn der Phasenunterschiedszustand während einer Zeitdauer von zumindest einem Zyklus des elektrischen Winkels gleich bleibt, aber feststellt, dass sich das Erregersignal im instabilen Zustand befindet, wenn sich der Phasenunterschiedszustand für mindestens die Zeitdauer eines Zyklus des elektrischen Winkels ändert.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionserkennungssignal ein Voreilungsphasensignal und ein Verzögerungsphasensignal bezüglich einer durch die Antriebswicklung erzeugten induktiven Spannung einschliesst; dadurch gekennzeichnet, dass der Erregungszeitpunktregler das Erregersignal ausgibt, das dem späteren Eingangssignal aus Antriebsbefehlssignal und Positionserkennungssignal entspricht, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in einer positiven Richtung zu drehen, und dass der Erregungszeitpunktregler den Erregerstrom ausgibt, der dem späteren Eingangssignal aus Antriebsbefehlssignal und einem zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signal entspricht, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in einer negativen Richtung zu drehen; und weiter umfassend: einen Erregersignal-Stabilitätsermittler, der ermittelt, ob das vom Erregungszeitpunktregler gelieferte Erregersignal in einem stabilen Zustand bleibt, in dem das Erregersignal während einer langen Zeitdauer entweder dauernd auf das eingegebene Antriebsbefehlssignal oder das eingegebene Positionserkennungssignal anspricht, oder ob das vom Erregungszeitpunktregler gelieferte Erregersignal in einem instabilen Zustand bleibt, in dem das Erregersignal kurzzeitig zwischen einem Ansprechen auf das eingegebene Antriebsbefehlssignal und einem Ansprechen auf das eingegebene Positionserkennungssignal alterniert; und einem Wähler, der das Antriebsbefehlssignal und das Erregersignal empfängt und der das Erregersignal auswählt und an den Erreger ausgibt, wenn der Erregersignal-Stabilitätsermittler feststellt, dass sich das Erregersignal im stabilen Zustand befindet, aber der das Antriebsbefehlssignal auswählt und an den Erreger ausgibt, wenn der Erregersignal-Stabilitätsermittler feststellt, dass sich das Erregersignal im instabilen Zustand befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswicklung auf das Antriebsbefehlssignal ansprechend erregt gehalten wird, solange jedes Positionserkennungssignal, das eine durch den Positionsdetektor erkannte vorgeeilte und verzögerte Phase anzeigt, mit einer Verzögerung bezüglich des eingegebenen Antriebsbefehlssignals eingegeben wird.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 25 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsdetektor zumindest entweder einen ersten Fühler, der mit Phasenvoreilung bezüglich der durch die Antriebswicklung erzeugten, induktiven Spannung am Motor montiert ist, oder einen zweiten Fühler, der mit Phasenverzögerung bezüglich der durch die Antriebswicklung erzeugten, induktiven Spannung am Motor montiert ist, einschliesst.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 25 oder 26 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerstrom-Stabilitätsermittler jedesmal, wenn entweder das Antriebsbefehlssignal oder das Positionsbefehlssignal eingegeben wird, einen Phasenunterschiedszustand von Verzögerung und Voreilung zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionsbefehlssignal speichert und feststellt, dass sich das Erregersignal im stabilen Zustand befindet, wenn der Phasenunterschiedszustand während einer Zeitdauer von zumindest einem Zyklus des elektrischen Winkels gleich bleibt, aber feststellt, dass sich das Erregersignal im instabilen Zustand befindet, wenn sich der Phasenunterschiedszustand für mindestens die Zeitdauer eines Zyklus des elektrischen Winkels ändert.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsdetektor das Positionserkennungssignal ausgibt, das eine Voreilungsphase bezüglich einer durch die Antriebswicklung erzeugten induktiven Spannung anzeigt, wobei der Erregungszeitpunktregler das Erregersignal ausgibt, das dem späteren Eingangssignal aus Antriebsbefehlssignal und Positionserkennungssignal entspricht, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in einer positiven Richtung zu drehen, und dass der Erregungszeitpunktregler den Erregerstrom ausgibt, der dem späteren Eingangssignal aus Antriebsbefehlssignal und einem zum Positionserkennungssignal umgekehrten Signal entspricht, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in einer negativen Richtung zu drehen, und wobei die Antriebswicklung auf das Antriebsbefehlssignal ansprechend erregt gehalten wird, solange das Positionserkennungssignal, das eine durch den Positionsdetektor erkannte vorgeeilte Phase anzeigt, mit einer Verzögerung bezüglich des eingegebenen Antriebsbefehlssignals eingegeben wird.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 28 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswicklung eine Antriebswicklung einer ersten Phase und eine Antriebswicklung einer zweiten Phase umfasst, die zwischen sich einen Phasenunterschied von 90° des elektrischen Winkels besitzen; dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsdetektor umfasst: einen ersten, an einem Stator montierten Fühler, der ein Signal in Voreilungsphase bezüglich der durch die Antriebswicklung der ersten Phase erzeugten induktiven Spannung ausgibt, wenn sich der Schrittmotor in der positiven Richtung dreht; einen zweiten, an einem Stator montierten Fühler, der ein Signal in Voreilungsphase bezüglich der durch die Antriebswicklung der zweiten Phase erzeugten induktiven Spannung ausgibt, wenn sich der Schrittmotor in der positiven Richtung dreht; und einen Positionssignalgenerator, um jedes Ausgangssignal vom ersten und zweiten Fühler zu empfangen und den Antriebswicklungen jeder Phase entsprechende Positionserkennungssignale zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Fühler das Signal in einer Voreilungsphase von ungefähr 45° des elektrischen Winkels bezüglich der durch die entsprechenden Antriebswicklungen jeder Phase erzeugten induktiven Spannung ausgibt, wobei der Positionssignalgenerator erlaubt, dass das Ausgangssignal vom ersten Fühler als Positionserkennungssignal gilt und der Antriebswicklung der ersten Phase entspricht, und dass er ferner erlaubt, dass das Ausgangssignal vom zweiten Fühler als Positionserkennungssignal gilt und der Antriebswicklung der zweiten Phase entspricht, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der positiven Richtung zu drehen, wobei der Positionssignalgenerator erlaubt, dass ein zum Ausgangssignal vom ersten Fühler umgekehrtes Signal als Positionserkennungssignal gilt und der Antriebswicklung der zweiten Phase entspricht, und dass er ferner erlaubt, dass das Ausgangssignal vom zweiten Fühler als Positionserkennungssignal gilt und der Antriebswicklung der ersten Phase entspricht, wenn der Schrittmotor angewiesen wird, sich in der negativen Richtung zu drehen.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 1 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Erreger das Erregersignal und ein Stromwertsignal empfängt, dann eine dem Erregersignal entsprechende Erregung auf die Antriebswicklung schaltet und einen dem Stromwertsignal entsprechenden maximalen Erregerstrom ermittelt; und weiter einen Erregerstromregler umfassend, der ein dem Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal entsprechendes Stromwertsignal an den Erreger ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregungszeitpunktregler das Erregersignal ansprechend auf ein eingegebenes Antriebsbefehlssignal ausgibt und der Erregerstromregler das Erregerstromsteuersignal so verändert, dass der maximale Erregerstrom der Antriebswicklung entsprechend dem Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal abnimmt, wenn der Erregerschalter der auf das Antriebs befehlssignal ansprechenden Antriebswicklung ein Drehmoment in einer solchen Richtung lenkt, dass sich der Schrittmotor in einer erwünschten Richtung dreht, wobei der Erregungszeitpunktregler das Erregersignal ansprechend auf ein eingegebenes Positionserkennungssignal ausgibt und der Erregerstromregler das Erregerstromsteuersignal so verändert, dass der maximale Erregerstrom der Antriebswicklung entsprechend dem Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal zunimmt, wenn der Erregerschalter der auf das Antriebsbefehlssignal ansprechenden Antriebswicklung ein Drehmoment in eine Richtung lenkt, die ungünstig dafür ist, dass sich der Schrittmotor in der erwünschten Richtung dreht, wobei der Positionsdetektor das Positionserkennungssignal in einer Voreilungsphase bezüglich einer durch die Antriebswicklung erzeugten induktiven Spannung ausgibt, und wobei der Erregerstromregler umfasst: einen Erregerstrom-Abnahmehalter mit einem Haltedauergenerator; und einen Erregerstrom-Verstärkungsunterbrecher mit einem Unterbrechungsdauergenerator, wobei der Halter das Erregerstromsteuersignal davon abhält, sich zu verändern – diese Veränderung veranlasst den maximalen Erregerstrom der Antriebswicklung abzunehmen – und der Haltedauergenerator fortfährt, ein einem ausgegebenen Positionserkennungssignal entsprechendes Erregerstrom-Abnahmehaltesignal zu liefern, und wobei der Erregerstrom-Verstärkungsunterbrecher während einer Zeitdauer, während der der Unterbrechungsdauergenerator ein Unterbrechungsfreigabesignal ausgibt, das einem Ausgangssignal vom Positionsdetektor entspricht, ein Erregersignal-Verstärkungsunterbrechungssignal ausgibt und das Antriebsbefehlssignal sich dann ändert, während ein Unterbrechungsfreigabesignal zugeführt wird, bis die Zuführung des Unterbrechungsfreigabesignals beendet ist, und der Unterbrecher das Erregerstromsteuersignal so verändert, dass der maximale Erregerstrom der Antriebswicklung zunimmt, während das Erregerstrom-Verstärkungsunterbrechungssignal weiter zugeführt wird.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 30 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass das vom Haltedauergenerator gelieferte Erregerstrom-Abnahmehaltesignal und das vom Unterbrechungsdauergenerator gelieferte Unterbrechungsfreigabe signal für eine Zeitdauer ausgegeben werden, die länger als die Zeitdauer ist, die der Voreilungsphase des Positionserkennungssignals bezüglich der durch die Antriebswicklung erzeugten induzierten Spannung entspricht.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 30 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass das vom Haltedauergenerator gelieferte Erregerstrom-Abnahmehaltesignal für eine Zeitdauer ausgegeben wird, die länger als die Zeitdauer ist, die der Voreilungsphase des Positionserkennungssignals bezüglich der durch die Antriebswicklung erzeugten induzierten Spannung entspricht, während das vom Unterbrechungsdauergenerator gelieferte Unterbrechungsfreigabesignal für eine Zeitdauer geliefert wird, die kürzer als die Zeitdauer ist, während der das Erregerstrom-Abnahmehaltesignal geliefert wird.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 30 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass entweder das vom Haltedauergenerator gelieferte Erregerstrom-Abnahmehaltesignal oder das vom Unterbrechungsdauergenerator gelieferte Unterbrechungsfreigabesignal jedesmal, wenn das vom Positionsdetektor gelieferte Positionserkennungssignal eingegeben wird, für eine Zeitdauer ausgegeben wird, die der Geschwindigkeit des Treibers entspricht.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 30 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass entweder das vom Haltedauergenerator gelieferte Erregerstrom-Abnahmehaltesignal oder das vom Unterbrechungsdauergenerator gelieferte Unterbrechungsfreigabesignal jedesmal, wenn das vom Positionsdetektor gelieferte Positionserkennungssignal eingegeben wird, für eine gegebene Zeitdauer ausgegeben wird.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 6, 7, 14, 17, 18, 19, 20 oder 30 definiert, weiter einen Start-Stop-Erreger umfassend, der es ermöglicht, dass das Stromwertsignal den Erregerstrom der Antriebswicklung beim Starten des Schrittmotors und beim Anhalten des Schrittmotors zur Positionierung zwangsweise erhöht.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 35 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass der Start-Stop-Erreger einen Frequenzdiskriminator einschliesst, der festzustellt, ob die Frequenz des Antriebsbefehlssignals niedriger als ein gegebener Wert ist oder nicht, und dass der Frequenzdiskriminator den Frequenzwert als die Zeit, entweder für den Start des Schrittmotors oder für ein Anhalten des Schrittmotors zur Positionierung betrachtet, wenn der Diskriminator feststellt, dass die Frequenz des Antriebsbefehlssignals niedriger als der gegebene Wert ist, und dann den Erregerstrom der Antriebswicklung zwangsweise erhöht.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 35 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass der Start-Stop-Erreger einen Geschwindigkeitsdetektor einschliesst, der festzustellt, ob die Antriebsgeschwindigkeit des Treibers des Schrittmotors niedriger als ein gegebener Wert ist oder nicht, und wobei der Geschwindigkeitsdetektor die Antriebsgeschwindigkeit als eine Zeit, entweder für den Start des Schrittmotors oder für ein Anhalten des Schrittmotors zur Positionierung betrachtet, wenn der Geschwindigkeitsdetektor feststellt, dass die Antriebsgeschwindigkeit niedriger als der gegebene Wert ist, und dann den Erregerstrom der Antriebswicklung zwangsweise erhöht, dadurch gekennzeichnet, dass der Geschwindigkeitsdetektor umfasst: einen Positionssignal-Frequenzdetektor, der ansprechend auf eine Änderung des ausgegebenen Positionserkennungssignals die Frequenz des Positionserkennungssignals erfasst; und eine Schutzvorrichtung, um eine Änderung des ausgegebenen Positionserkennungssignals nur dann wirksam werden zu lassen, wenn ein Antriebsrichtungsbefehl mit der Antriebsrichtung des Treibers übereinstimmt, und dadurch gekennzeichnet, dass der Geschwindigkeitsdetektor die Antriebsgeschwindigkeit des Treibers feststellt, indem die Zeitspanne zwischen einer wirksamen Änderung des ausgegebenen Positionserkennungssignals und seiner nächsten wirksamen Änderung gemessen wird.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 6, 14, 18, 19, 20 oder 30 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerstromregler einen Integrator einschliesst, der den Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal integriert, und das Erregerstromsteuersignal auf der Grundlage eines Integratorausgangssignals ausgibt; wobei der Integrator eine Integrationsoperation anhält und einen Ausgangswert des Erregerstromsteuersignals speichert, gerade ehe der Schrittmotor angehalten wird, wenn der Schrittmotor durch eine Verringerung des Erregerstroms auf einen Wert nahe 0 (null) angehalten wird oder wenn der Schrittmotor durch Erzeugung eines Haltedrehmoments angehalten wird, wobei der Integrator die Integrationsoperation erneut beginnt und mit dem gespeicherten Ausgangswert anfängt, das Erregerstromsteuersignal zu liefern, wenn der Schrittmotor erneut angetrieben wird.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 35 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerstromregler einen Integrator einschliesst, der den Phasenunterschied zwischen dem Antriebsbefehlssignal und dem Positionserkennungssignal integriert, und der Regler das Erregersteuersignal auf der Grundlage eines Integratorausgangssignals ausgibt; dadurch gekennzeichnet, dass der Integrator eine Integrationsoperation anhält und einen Ausgangswert des Erregerstromsteuersignals speichert, gerade ehe der Schrittmotor angehalten wird, wenn der Schrittmotor durch eine Verringerung des Erregerstroms auf einen Wert nahe 0 (null) angehalten wird oder wenn der Schrittmotor durch Erzeugung eines Haltedrehmoments angehalten wird, wobei der Integrator die Integrationsoperation erneut beginnt und mit dem gespeicherten Ausgangswert anfängt, das Erregerstromsteuersignal zu liefern, wenn der Schrittmotor erneut angetrieben wird.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 1, 6, 8, 14, 17, 18, 19, 20, 23, 25, 28 oder 30 definiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung an ein übergeordnetes Gerät ein Signal aussendet, das anzeigt, dass das Antriebsbefehlssignal gegenüber dem Positionserkennungssignal desynchronisiert ist, wenn der Abweichungsdetektor feststellt, dass die Abweichung entweder im zweiten Zustand oder im dritten Zustand liegt.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 35 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung an ein übergeordnetes Gerät ein Signal aussendet, das anzeigt, dass das Antriebsbefehlssignal gegenüber dem Positionserkennungssignal desynchronisiert ist, wenn der Abweichungsdetektor feststellt, dass die Abweichung entweder im zweiten Zustand oder im dritten Zustand liegt.
Schrittmotor-Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 38 definiert und dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung an ein übergeordnetes Gerät ein Signal aussendet, das anzeigt, dass das Antriebsbefehlssignal gegenüber dem Positionserkennungssignal desynchronisiert ist, wenn der Abweichungsdetektor feststellt, dass die Abweichung entweder im zweiten Zustand oder im dritten Zustand liegt.