DE69735447T2

DE69735447T2 - Motorantriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE69735447T2
Application number: DE69735447T
Authority: DE
Inventors: Haruhiko Tokorozawa-shi Higuchi; Masakazu Soka-shi Ichikawa; Hiroyuki Kodaira-shi KIHARA; Tomomi Higashimurayama-shi MURAKAMI; Hidetaka Akishima-shi Tsuchiya
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd
Priority date: 1996-04-11
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2017-04-12
Also published as: US5973469A; EP0833438A4; JP3808510B2; EP0833438B1; DE69719656T2; EP0833438A1; EP1083653B1; EP1083653A3; WO1997038487A1; EP1083653A2; DE69719656D1; DE69735447D1

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorantriebsvorrichtung zum Ermöglichen einer Hochgeschwindigkeitsdrehung unter einer Phasenerfassungssteuerung.
[Stand der Technik]
Einen Motor mit hoher Geschwindigkeit und großem Drehmoment zu drehen ist einer der wichtigsten Faktoren hinsichtlich einer Verbesserung des grundsätzlichen Leistungsvermögens des Motors, und dies wurde über viele Jahre untersucht und entwickelt. Beispielsweise wurde eine elektronische Uhr als eines von Produkten, die Motoren verwenden, in den letzten Jahren so weiter entwickelt, dass sie viele Funktionen hat. Uhren mit verschiedenen Funktionen wie einer Stoppuhrfunktion, einer Alarmfunktion und einer Doppelzeitfunktion zusätzlich zur normalen Zeitanzeige wurden entwickelt und kommerziell erhältlich. Diese multifunktionellen Uhren führen immer die schnelle Vorwärtsoperation von Zeigern durch, wenn das System in einem Anfangszustand initialisiert wird, beispielsweise beim Laden der Batterie oder wenn der Modus verschoben wird und oder die Zeigerposition im normalen Gebrauch auf null gestellt wird. Aus diesem Grund ist eine Hochgeschwindigkeitsdrehung des Motors in Bezug auf eine Verbesserung der Funktionsfähigkeit und dergleichen sehr wichtig.
Ein Motor mit großem Drehmoment ist unerlässlich, wenn ein flaches Gewicht an einem Motor angebracht ist, um eine Uhr als einen Vibrationsalarm zu verwenden zur Information über die Zeit unter Verwendung von bei der Drehung des Motors erzeugten Vibrationen, oder wenn eine Scheibe anstelle eines Zeigers an einem Uhrenmotor befestigt ist, um eine andere Anzeige als die Anzeige der Zeit durchzuführen.
Wenn der Motor mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird, kann, selbst wenn die Ausgabe eines Treiberimpulses angehalten ist, der Motor nicht unmittelbar anhalten aufgrund der Trägheit des Motors oder von Teilen (z.B. ein Untersetzungsgetriebe und ein Zeiger in der Uhr), die mit dem Motor verbunden sind. Normalerweise wird, um eine vorbestimmte Drehzahl zu erhalten, eine entsprechende Anzahl von Pulsen ausgegeben. In diesem Fall jedoch ist die Anzahl von Ausgangsimpulsen nicht gleich der Anzahl von Umdrehungen des Motors.
Beispielsweise bei einem Uhrenzeiger ist dies ein schwerwiegender Mangel und führt zu einem Fehler der Zeitanzeige und dergleichen. Zusätzlich kann der bei dem Stator durch einen beim Antreiben des Motors als nächsten ausgegebenen Treiberimpuls erzeugte Magnetpol von der Polposition des Rotors verschoben werden in Abhängigkeit von der Polposition des Rotors beim Anhalten des Motors, und der Motor kann sich nicht normal drehen. Daher ist es bei einem System zum Antreiben des Motors mit hoher Geschwindigkeit und genauem Steuern der Drehgeschwindigkeit des Motors auf einen gewünschten Wert wichtig, dass Motor an einer vorbestimmten Position angehalten werden muss.
Eine herkömmliche Motorantriebsvorrichtung wird nachfolgend beschrieben durch Veranschaulichen des Schrittmotors einer elektronischen Uhr.
1 ist eine Ansicht der Anordnung einer Motorantriebsvorrichtung, die durch einen herkömmlichen bipolaren Schrittmotor gebildet ist, und 2 bis 7 sind jeweils Draufsichten, die die Positionsbeziehung zwischen den magnetischen Polen eines Stators und eines Rotors zeigen. Als ein Mittel zum Umwandeln eines elektrischen Signals in eine mechanische Drehbewegung ist der bipolare Schrittmotor gebildet durch eine Antriebsspule 101, einen flachen Stator 102 und einen Rotor 103, wie in 1 gezeigt ist. Der flache Stator 102 hat eine Stufe 102a, wie in 2 gezeigt ist.
Motortreiber 104a und 104b sind angeordnet, um zu bewirken, dass ein Strom durch die Antriebsspule 101 fließt, indem das Potential zwischen den beiden Anschlüssen der Antriebsspule 101 geändert wird, wodurch der flache Stator 102 erregt wird. Bei dem in 1 gezeigten bipolaren Motor ist, wenn kein Strom durch die Antriebsspule 101 fließt, die Polposition des Rotors 103 mit Bezug auf den flachen Stator 102 an einem in 2 gezeigten statisch stabilen Punkt 110; wenn ein Strom durch die Antriebsspule 101 fließt, um den flachen Stator 102 zu erregen, ist sie an einem in 3 gezeigten elektromagnetisch stabilen Punkt 111.
Normalerweise wird in der elektronischen Uhr ein Treiberimpulssignal zum Ändern des Potentials zwischen den beiden Anschlüssen der Antriebsspule 101 von dem Motortreiber 104a oder 104b während 4 bis 5 ms ausgegeben, um zu bewirken, dass ein Impulsstrom durch die Antriebsspule 101 fließt, wodurch der Rotor 103 gedreht wird. Wenn sich der Rotor 103 während der Zuführung des Stroms zu der Antriebsspule 101 dreht und nahe einer in 4 gezeigten Polposition mit Bezug auf den flachen Stator 102 kommt, wird der durch die Antriebsspule 101 fließende Strom angehalten. Der Rotor 103 dreht sich aufgrund der Trägheit zu einer Position in 5, ist einer gedämpften Vibration um den statisch stabilen Punkt 110 unterworfen und hält schließlich an.
Nachdem der Rotor 103 stillsteht, wird ein Treiberimpulssignal beispielsweise von dem Motortreiber 104a ausgegeben, um zu bewirken, dass ein Strom durch die Antriebsspule 101 fließt, wodurch der flache Stator 102 erregt wird, wie in 6 gezeigt ist. In diesem Fall dreht sich der Rotor 103 um 180° in der in 6 gezeigten Drehrichtung A. Weiterhin wird, nachdem der Rotor 103 stillsteht, ein Treiberimpulssignal von dem Motortreiber 104b auf einer Seite ausgegeben, die der Seite, von der das vorhergehende Treiberimpulssignal ausgegeben wurde, entgegengesetzt ist. Dann dreht sich der Rotor 103 um weitere 180° in der Richtung A in 6. Wenn der Rotor 103 gedreht wird, indem bewirkt wird, dass ein Strom durch die Antriebsspule 101 fließt, nachdem der Rotor 103 stillsteht, dreht er sich zuverlässig in der in 6 gezeigten Richtung A.
Wenn der Schrittmotor mit hoher Geschwindigkeit zu drehen ist, muss selbstverständlich der Rotor 103 mit hoher Geschwindigkeit gedreht werden. Zu dieser Zeit muss das Ausgabeintervall zwischen Treiberimpulssignalen, die von den Motortreibern 104a und 104b ausgegeben werden, verkürzt werden.
Wenn das Ausgabeintervall zwischen Treiberimpulssignalen verkürzt wird, um den Rotor 103 mit höherer Geschwindigkeit zu drehen, muss das nächste Treiberimpulssignal vor der gedämpften Vibration des Rotors 103 unmittelbar nach dem Anhalten seiner Drehung ausgegeben werden.
Wenn das nächste Treiberimpulssignal ausgegeben wird, wenn der Rotor 103 während der gedämpften Vibration an einer Position in 7 ist, d.h., der Rotor 103 und der elektromagnetisch stabile Punkt 111 haben die in 7 gezeigte Positionsbeziehung, dreht sich der Rotor 103 unerwünschterweise in der zu der in 6 gezeigten Richtung A entgegengesetzten Richtung, d.h., entgegengesetzt zur normalen Richtung. Daher muss, um den Rotor 103 stabil zu drehen, das Ausgabeintervall zwischen Treiberimpulssignalen auf eine Zeit oder mehr gesetzt werden, die erforderlich ist, um die gedämpfte Vibration des Rotors 103 bei einer Drehung innerhalb eines Bereichs, um nicht den elektromagnetisch stabilen Punkt 111 zu überschreiten, zu stabilisieren.
Selbst die minimale Gesamtzeit der Impulsbreite des Treiberimpulssignals und die Stabilisierungszeit der gedämpften Vibration, d.h., die minimale Ausgabeperi ode des Treiberimpulssignals beträgt etwa 10 ms. Dies zeigt an, dass die Ausgabefrequenz des Treiberimpulssignals auf etwa 100 Hz bei dem gegenwärtigen Antriebsschema begrenzt ist.
Dieses Problem wurde jedoch gelöst durch das in WO 96/18237 (veröffentlicht am 13.06.1996), die von dem vorliegenden Anmelder angemeldet wurde, offenbarte Schema.
8 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel für eine Treiberschaltung in einer herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung zeigt, und 9 ist ein Wellenformdiagramm, das die Arbeitsweise der Treiberschaltung in 8 zeigt.
In 8 bezeichnet die Zahl 25' eine Treiberschaltung, die durch Motortreiber 1a und 1b gebildet ist. Die Bezugszahl 2 bezeichnet eine Antriebsspule; und 41' eine Erfassungsschaltung für eine gegenelektromotorische Spannung, die eine Vorspannvorrichtung 3 und eine Spannungserfassungsschaltung 5 hat. Die Vorspannvorrichtung 3 wird durch Schaltermittel 3a und 3b sowie Vorspannwiderstände 3c und 3d mit demselben Widerstandswert gebildet. Die Bezugszahl 4 bezeichnet einen flachen Stator. Die Spannungserfassungsschaltung 5 wird durch einen Inverter 5a, einen Rückkopplungswiderstand 5b und einen Eingangswiderstand 5c gebildet. Die Bezugszahl 6 bezeichnet einen Inverter; 103 einen Rotor; und 42' einen Motor, der durch die Antriebsspule 2, den flachen Stator 4 und den Rotor 103 gebildet ist.
Wenn ein Signal OE1 den Pegel "H" hat, geben die Motortreiber 1a und 1b die Eingangssignale O1in und O2in jeweils gepuffert aus; wenn das Signal OE1 den Pegel "L" hat, sind ihre Ausgänge in einen Hochimpedanzzustand gesetzt. Die Schaltermittel 3a und 3b sind Schalter, die ausgeschaltet sind, wenn ein von dem Inverter 6 ausgegebenes Signal SE den Pegel "L" hat, und eingeschaltet, wenn das Signal SE den Pegel "H" hat.
Die Arbeitsweise der Schaltung in 8 wird mit Bezug auf das Wellenformdiagramm nach 9 erläutert.
Während einer Periode (a) in 9 fließt, da das Signal OE1 den Pegel "H" hat und ein Treiberimpulssignal mit dem Pegel "H" von dem Motortreiber 1a ausgegeben wird, ein Strom durch die Antriebsspule 2, um den Rotor 103 zu drehen. Während dieser Periode sind beide Schaltermittel 3a und 3b im AUS-Zustand, da das Signal SE den Pegel "L" hat. Während einer Periode (b) in 9 sind, da das Signal OE1 den Pegel ">L" hat, die Ausgänge der Motortreiber 1a und 1b im Hochimpedanzzustand, und die Schaltermittel 3a und 3b sind eingeschaltet. Die Spannung an einem Anschluss X als einem Anschluss der Antriebsspule 2 ist in eine Vorspannung Vb als eine Spannung 1/2 der Leistungszuführungsspannung geteilt.
Eine an einem Anschluss Y als dem anderen Anschluss der Antriebsspule 2 erscheinende Spannungswellenform während der Periode (b) in 9 wird erläutert.
Wenn die Ausgänge der Motortreiber 1a und 1b in dem Hochimpedanzzustand sind, sind die Schaltermittel 3a und 3b EIN, und die Spannung an dem Anschluss X ist auf den Pegel der Vorspannung Vb durch die Vorspannwiderstände 3c und 3d gesetzt, der Spannungswert an dem Anschluss Y wird gleich der Vorspannung Vb, ähnlich dem Anschluss X, soweit wie sich der Rotor 103 nicht dreht und die Motortreiber 1a und 1b keinen Einfluss haben. Jedoch unmittelbar, nachdem ein Treiberimpulssignal während der Periode (a) in 9 ausgegeben wird, wird ein durch die Antriebsspule 2 fließender Strom angehalten, um eine induzierte Spannung Vr in 9 zu erzeugen. Wenn ein Treiberimpulssignal ausgegeben wird, um den Rotor 103 zu drehen, wird eine gegenelektromotorische Spannung Vg bei Drehung des Rotors 103 erzeugt, wie in 9 gezeigt ist. Die zusammengesetzte Wellenform dieser erzeugten Spannungen erscheint an dem Anschluss Y. Die an dem Anschluss Y auftretende Spannungswellenform wird durch die Spannungserfassungsschaltung 5 verstärkt, so dass sie eine durch Aout in 9 angezeigte Wellenform hat.
In der Wellenform Aout ist während der Periode (b) in 9 die von der Antriebsspule 2 erzeugte induzierte Spannung vorherrschend, unmittelbar nachdem das Treiberimpulssignal ausgegeben wurde. Mit Verstreichen der Zeit nimmt der Einfluss der induzierten Spannung ab, während die gegenelektromotorische Spannung von dem Rotor 103 vorherrschend wird.
In 9 wird eine Zeit (Zeit P), zu der die Wellenform Aout die Vorspannung Vb von der positiven Richtung zu der negativen Richtung kreuzt, nahezu gleich einer Zeit, zu der der Rotor 103 den vorgenannten elektromagnetisch stabilen Punkt passiert. Wenn zu dieser Zeit ein Treiberimpulssignal von dem Motortreiber 1b auf einer Seite entgegengesetzt der Seite, von der das vorhergehende Treiberimpulssignal ausgegeben wurde, ausgegeben wird, dreht sich der Rotor 103 kontinuierlich in der Vorwärtsrichtung ohne Drehung in der umgekehrten Richtung, da seine Polposition mit Bezug auf den flachen Stator 4 den elektromag netisch stabilen Punkt bereits passiert hat.
10 zeigt einen anderen Stand der Technik, bei dem eine von einem Motor erzeugte gegenelektromotorische Spannung durch eine koaxial mit einer Antriebsspule gewickelte Erfassungsspule erfasst wird. Der vorbeschriebene Schrittmotor in 1 enthält weiterhin eine Spannungserfassungsvorrichtung, die durch eine koaxial zu der Antriebsspule 101 gewickelte Erfassungsspule 105 gebildet wird, einen Differenzverstärker 106a zum Erfassen einer an der Erfassungsspule 105 bei Drehung des Rotors 103 erzeugten gegenelektromotorischen Spannung und einen Komparator 108 zum Vergleichen eines Ausgangssignals von dem Differenzverstärker 106a mit einer Bezugsspannung Vb und zum Ausgeben eines Signals Aout als das Vergleichsergebnis.
In 10 bezeichnet die Bezugszahl 25 eine Treiberschaltung, die durch Motortreiber 104a und 104b gebildet ist; 41 eine Erfassungsschaltung für die gegenelektromotorische Spannung, die durch die auf einen Stator 102 gewickelte Erfassungsspule 105, den Differenzverstärker 106a und dem Komparator 108 gebildet ist; und 42 einen Motor, der durch die Antriebsspule 101, den Stator 102 und den Rotor 103 gebildet ist.
Bei diesem Stand der Technik wird die Polposition des Rotors 103 mit Bezug auf den flachen Stator 102 während der Drehung des Rotors 103 erfasst durch Erfassen der gegenelektromotorischen Spannung, die bei Drehung des Rotors 103 erzeugt wird, durch Verwendung der Spannungserfassungsmittel durch die Erfassungsspule 105, und die Ausgabezeit des Treiberimpulssignals wird auf der Grundlage eines Ausgangssignals des Komparators 108 gesteuert.
Der Motor mit der Anordnung nach diesem Stand der Technik kann in gleicher Weise wie bei dem Schema der Erfassung der gegenelektromotorischen Spannung von dem Motor durch Verwendung der vorbeschriebenen Antriebsspule 2 in 8 angetrieben werden. 11 zeigt Wellenformen bei diesem Stand der Technik. Bei dieser Anordnung ist, da die Gleichstromkomponente eines durch die Antriebsspule 101 fließenden Stroms in der Ausgabe des Treiberimpulses entfernt ist, eine an einem Ausgang des Differenzverstärkers erscheinende Spannungswellenform die zusammengesetzte Wellenform von Vg und Vr.
Bei diesem Stand der Technik wird die gegenelektromotorische Spannung durch die koaxial zu der Antriebsspule 101 gewickelte Erfassungsspule 105 erfasst. Dieses Schema wurde bereits durch die vorliegende Anmelderin als ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung Nr. 6-235777 angemeldet. Es ist auch in EP-A-0 585 470 beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann gemäß dem in den 8 und 9 gezeigten Antriebsschema das Ausgabeintervall zwischen Treiberimpulssignalen minimiert werden. Als eine Folge kann der Motor mit einer Geschwindigkeit gedreht werden, die etwa dreimal höher als die eines normalen Schrittantriebsschemas ist.
Bei diesem herkömmlichen Synchronisationsantriebsschema sind die Treiberimpulsbedingungen beim Start des Motors stark unterschiedlich gegenüber denjenigen, wenn die Drehgeschwindigkeit eine vorbestimmte Zeit nach dem Start stabilisiert ist. Daher werden mehrere Arten von zu der Treiberschaltung zu liefern den Treiberimpulssignalen vorher vorbereitet. Ein Treiberimpulssignal mit einer großen Breite wird beim Start des Motors zu der Treiberschaltung geliefert, und die Impulsbreite des zuzuführenden Treiberimpulssignals nimmt mit einer Zunahme der Drehgeschwindigkeit ab.
Jedoch bei einem System, bei dem eine schwere Last am Motor angebracht ist, und insbesondere bei einer nicht im Gleichgewicht stehenden Last wie einem flachen Gewicht für einen Vibrationsmotor, ändern sich die Treiberimpulsbedingungen stark in Abhängigkeit von der Stellung des Motors. D.h., eine beim Starten erforderliche Energie ist stark unterschiedlich zwischen einem Fall, in welchem die Drehwelle des Motors senkrecht zur Schwerkraft ist und das flache Gewicht sich an einer solchen Position befindet, dass die Drehung gegen die Schwerkraft startet, und einen Fall, in welchem das flache Gewicht sich in einer solchen Position befindet, dass die Drehung in Übereinstimmung mit der Schwerkraft gestartet wird. Als eine Folge ändert sich die Breitenbedingung für den von der Treiberschaltung ausgegebenen Treiberimpuls.
Wenn der Motor durch das herkömmliche Antriebsschema angetrieben wird, kann er nicht glatt starten, da die Impulsbreite beim Starten unter vorbestimmten Bedingungen fest ist. D.h., wenn das flache Gewicht die Drehung gegen die Schwerkraft beginnt, kann die Impulsbreite nicht lang genug sein, um den Motor zu starten, und der Motor kann sich nicht drehen. Wenn das flache Gewicht die Drehung in Übereinstimmung mit der Schwerkraft beginnt, ist die Impulsbreite übermäßig, was zu einer Erhöhung des Leistungsverbrauchs führt.
Bei dem Schema zum Antreiben des Motors synchron mit dem Phasenwinkel des Rotors, was ein Merkmal des herkömmlichen Antriebsschemas ist, muss das nächste Treiberimpulssignal zu der Zeit ausgegeben werden, zu der der Motor sich dreht, um eine entgegengesetzte Phase zu erreichen. Wenn ein Impuls mit einer übermäßigen Breite ausgegeben wird, wird derselbe Treiberimpuls weiterhin ausgegeben, selbst nachdem der Motor die entgegengesetzte Phase erreicht hat. Als eine Folge wird der Motor gebremst, um den Drehwirkungsgrad stark herabzusetzen.
Bei dem Schema der allmählichen Verringerung der Impulsbreite eines Treiberimpulssignals innerhalb einer vorbestimmten Zeit nach dem Start des Motors nimmt, wenn die Last des Motors groß ist oder wenn die Antriebsspannung niedrig ist, die Impulsbreite ab, bevor die Drehgeschwindigkeit des Motors ausreichend zugenommen hat. Als eine Folge kann nicht nur das Beschleunigungsvermögen des Motors herabgesetzt sein, sondern auch die für die Drehung erforderliche Energie kann nicht erhalten werden, um den Motor in einigen Fällen anzuhalten.
Wenn die Impulsbreite des Treiberimpulssignals nicht ausreichend mit Bezug auf die Drehgeschwindigkeit abgenommen hat, d.h., wenn ein Treiberimpulssignal mit einer übermäßigen Impulsbreite ausgegeben wird, wird das von der Spannungserfassungsschaltung 5 in 8 ausgegebene Signal Aout gleich dem in 12 gezeigten. D.h., die von dem Motor erzeugte gegenelektromotorische Spannung wird zu der negativen Seite mit Bezug auf das Potential Vb verschoben, bevor der Einfluss der induzierten Spannung, die nach der Ausgabe eines Treiberimpulssignals erzeugt wird, verschwindet. Aus diesem Grund wird kein nächstes Treiberim pulssignal, das zu der Zeit Q ausgegeben werden sollte, ausgegeben. Als eine Folge hält der Motor an, und selbst wenn er nicht anhält, nimmt die Drehgeschwindigkeit nicht zu.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Motorantriebsvorrichtung vorgesehen, aufweisend einen Schrittmotor, der gebildet ist durch einen Stator mit zumindest zwei Polen, einen Rotor mit einem Permanentmagneten mit zumindest zwei Polen, und eine magnetisch mit dem Stator gekoppelte Treiberspule, Treiberimpuls-Erzeugungsmittel zum Ausgeben eines Treiberimpulssignals zum Antreiben des Schrittmotors, eine Treiberschaltung zum Liefern eines Treiberstroms zu der Treiberspule auf der Grundlage des Signals von den Treiberimpuls-Erzeugungsmitteln, eine Spannungserfassungsschaltung zum Erfassen einer gegenelektromotorischen Spannung, die bei Drehung des Rotors erzeugt wird, und Polpositions-Erfassungsmittel zum Erfassen einer Polposition des sich drehenden Rotors mit Bezug auf den Rotor auf der Grundlage eines von der Spannungserfassungsschaltung erzeugten Erfassungssignals, welche Treiberimpuls-Erzeugungsmittel eine Ausgabezeit des Treiberimpulssignals auf der Grundlage des Erfassungssignals von den Polpositions-Erfassungsmitteln steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorantriebsvorrichtung weiterhin eine Zeitgeberschaltung zum Erzeugen eines Zeitgebersignals zu einer vorbestimmten Zeit, nachdem die Treiberimpuls-Erzeugungsmittel das Treiberimpulssignal ausgegeben haben, aufweist, und wenn kein Erfassungssignal von den Polpositions-Erfassungsmitteln zu der vorbestimmten Zeit nach dem Start der Ausgabe des Treiberimpulssignals erzeugt wird, die Treiberimpuls-Erzeugungsmittel eine Impulsbreite eines als nächstes auszugebenden Treiberimpulssignals kleiner als die des vorher ausgegebenen Treiberimpulssignals setzen.
Typischerweise geben, wenn kein Erfassungssignal von Polpositions-Erfassungsmitteln zu der vorbestimmten Zeit nach dem Start der Ausgabe des Treiberimpulssignals erzeugt wird, die Treiberimpuls-Erzeugungsmittel ein Kompensationsimpulssignal mit einer Polarität, die zu der des Treiberimpulssignals entgegengesetzt ist, aus.
Vorzugsweise hat das Kompensationsimpulssignal eine Impulsbreite, die kleiner als die des Treiberimpulssignals ist.
Typischerweise weist die Vorrichtung weiterhin Dämpfungsimpuls-Erzeugungsmittel auf zum Ausgeben eines Dämpfungsimpulssignals, um die Drehung des Schrittmotors anzuhalten, welche Dämpfungsimpuls-Erzeugungsmittel eine Ausgabezeit des Dämpfungsimpulssignals auf der Grundlage des Erfassungssignals von den Polpositions-Erfassungsmitteln steuern.
Vorzugsweise wird das Dämpfungsimpulssignal in einer Richtung ausgegeben, in der der Stator mit einer Polarität entgegengesetzt zu einem magnetischen Pol des Rotors erregt wird.
Typischerweise wird das Dämpfungsimpulssignal mit einer Impulsbreie ausgegeben, die größer als die des Treiberimpulssignals zum Treiben des Schrittmotors ist.
Die Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ist ein Schaltungsdiagramm eines Antriebs bereichs einer herkömmlichen Motorantriebsvorrichtung;
2 ist eine Draufsicht, die den statisch stabilen Punkt eines bipolaren Schrittmotors in 1 zeigt;
3 ist eine Draufsicht, die den elektromagnetisch stabilen Punkt des bipolaren Schrittmotors in 1 zeigt;
4 ist eine Draufsicht, die die Polposition während der Drehung des bipolaren Schrittmotors in 1 zeigt;
5 ist eine Draufsicht, die die Drehrichtung des bipolaren Schrittmotors in 1 zeigt;
6 ist eine Draufsicht, die die Drehrichtung des bipolaren Schrittmotors in 1 zeigt;
7 ist eine Draufsicht, die die Drehrichtung des bipolaren Schrittmotors in 1 zeigt;
8 ist ein Schaltungsdiagramm einer Treiberschaltung in einer Motorantriebsvorrichtung nach einem Stand der Technik;
9 ist ein Wellenformdiagramm, das die Arbeitsweise der Treiberschaltung in 8 zeigt;
10 ist ein Schaltungsdiagramm einer Treiber schaltung in einer Motorantriebsvorrichtung nach einem anderen Stand der Technik;
11 ist ein Wellenformdiagramm, das die Arbeitsweise der Treiberschaltung in 10 zeigt;
12 ist ein Wellenformdiagramm, das die Arbeitsweise der Treiberschaltung in 8 zeigt;
13 ist ein Blockschaltbild, das ein erstes Treibersystem in einer Motorantriebsvorrichtung zeigt, die nicht von der vorliegenden Erfindung erfasst wird;
14 ist ein Wellenformdiagramm, das die Arbeitsweise des Treibersystems in 13 zeigt;
15 ist ein Wellenformdiagramm, das die Zustände von jeweiligen Teilen der Schaltung zeigt, wenn der Motor sich nicht durch den ersten Impuls dreht;
16 ist ein Wellenformdiagram, das die Zustände der jeweiligen Teile der Schaltung zeigt, wenn der Motor sich nicht durch den ersten Impuls dreht;
17 ist ein Schaltungsdiagramm, bei dem ein Hysteresekomparator bei der Treiberschaltung in 10 verwendet wird;
18 ist ein Blockschaltbild, das ein zweites Treibersystem in einer Motorantriebsvor richtung zeigt, die nicht durch die vorliegende Erfindung abgedeckt ist;
19 ist ein Wellenformdiagramm, das die Arbeitsweise des Treibersystems in 18 zeigt;
20 ist ein Wellenformdiagramm, das die Arbeitsweise des Treibersystems in 18 zeigt;
21 ist ein Schaltungsdiagramm, bei dem ein Hysteresekomparator bei der Treiberschaltung nach 8 verwendet wird;
22 ist ein Blockschaltbild, das ein erstes Ausführungsbeispiel des Treibersystems in der Motorantriebsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
23 ist ein Wellenformdiagramm, das die Arbeitsweise des Treibersystems in 22 zeigt;
24 ist ein Blockschaltbild, das eine andere Anordnung des in 22 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels zeigt; und
25 ist ein Wellenformdiagramm, das die Arbeitsweise des Treibersystems in 24 zeigt,
13 ist ein Blockschaltbild, das ein erstes Treibersystem in einer Motorantriebsvorrichtung, die nicht von der vorliegenden Erfindung erfasst ist, zeigt, und 14 ist ein Wellenformdiagram, das die Arbeitsweise des Treibersystems nach 13 zeigt.
In 13 bezeichnet die Bezugszahl 21 eine Oszillationsschaltung zum Oszillieren eines Bezugsfrequenzsignals OSC; 22 eine Frequenzteilerschaltung zum Ausgeben eines Signals Fdiv, das durch Teilen der Bezugsfrequenz OSC erhalten wurde; 23 eine Wellenform-Formungsschaltung zum Formen eines Signals OE, das ein Basissignal für ein Treiberimpulssignal zum Treiben eines Motors 42 dient; 24 eine Treibersteuerschaltung zum Ausgeben eines Signals O1in oder O2in als das Treiberimpulssignal auf der Grundlage von Signalen OE und Fd; 25 eine Treiberschaltung zum Ausgeben eines Signals drv1 oder drv2 zum Antreiben des Motors 42 auf der Grundlage der Signale O1in und O2in; 26a eine Erfassungsschaltung für positive Flanken zum Ausgeben eines Erfassungssignals PE für positive Flanken, wenn ein Signal Aout, das von einer Erfassungsschaltung 41 für eine gegenelektromotorische Spannung erfasst wurde, ein Bezugspotential Vb in der positiven Richtung (von der negativen Richtung zu der positiven Richtung) kreuzt; 26b eine Erfassungsschaltung für negative Flanken zum Ausgeben eines Erfassungssignals NE für negative Flanken, wenn das von der Erfassungsschaltung 41 für eine gegenelektromotorische Spannung erfasste Signal Aout das Bezugspotential Vb in der negativen Richtung (von der positiven Richtung zu der negativen Richtung) kreuzt; 31 eine ODER-Schaltung zum Ausgeben einer ODER-Verknüpfung zwischen den Erfassungssignalen PE und NE für die positive und die negative Flanke; und 28 eine Zeitgeberschaltung zum Messen einer vorbestimmten Zeit nach dem Anstieg des Treiberimpulssignals. Die Bezugszahl 27 bezeichnet eine Impulssteuerschaltung, die das Signal Fd zum Steuern der Operation/Nichtoperation der Treibersteuerschaltung 24 ausgibt, und ein Signal Ptrg zum Steuern der Ausgabezeit des von der Wellenform-Formungsschaltung 23 ausgegebenen Signals OE. Die Treiberschaltung 25, die Erfassungsschaltung 41 für eine gegenelektromotorische Spannung und der Motor 42 haben die im Stand der Technik beschriebenen Anordnungen gemäß 10. Die Bezugszahl 40 bezeichnet eine Polpositions-Erfassungsschaltung, die durch die Erfassungsschaltung 26a für positive Flanken, die Erfassungsschaltung 26b für negative Flanken, die ODER-Schaltung 31 und die Erfassungsschaltung 41 für eine gegenelektromotorische Spannung gebildet wird.
Die Arbeitsweise wird nachfolgend mit Bezug auf 14 beschrieben.
Wenn dieses Schaltungssystem der Motorantriebsvorrichtung nicht in Betreib ist, d.h., wenn der in 10 gezeigte Rotor 103 sich nicht dreht, hat das von der Impulssteuerschaltung 27 ausgegebene Signal Fd den Pegel "H". In diesem Zustand haben, da beide Ausgangssignale O1in und O2in von der Treibersteuerschaltung 24 zu der Treiberschaltung 25 den Pegel "L" haben, beide Ausgangssignale der Motortreiber 104a und 104b den Pegel "L".
Beim Drehen des Rotors 103 ändert sich, wenn ein Startsignal SS extern in die Impulssteuerschaltung 27 eingegeben wird, das von der Impulssteuerschaltung 27 ausgegebene Signal Fd in den Pegel "L". Bei Empfang des Signals SS startet die Zeitgeberschaltung 28 die Zeitgeberoperation. Wenn das Signal Fd zum Pegel "L" geändert wird und das Signal OE zu "H" geändert wird, gibt die Treibersteuerschaltung 24 ein "H"-Signal O1in für ein Signal OE mit Pegel "L" aus oder gibt ein "H"-Signal O2in für ein Signal OE mit dem Pegel "H" aus. In 14 befindet sich das Signal O1in auf "H", da das Signal OE auf "L" ist, unmittelbar nachdem das Signal SS ausgegeben ist.
Die Arbeitsweise der Erfassungsschaltungen 26a und 26b für positive und negative Flanken wird beschrieben. Die Erfassungsschaltung 26a für positive Flanken wird aktiv, wenn das Signal OE den Pegel "H" hat, und gibt das Erfassungssignal PE für positive Flanken aus, wenn das Signal Aout die Vorspannung Vb in der positiven Richtung kreuzt. Die Erfassungsschaltung 26b für negative Flanken wird aktiv, wenn das Signal OE den Pegel "L" hat, und sie gibt das Erfassungssignal NE für negative Flanken aus, wenn das Signal Aout die Vorspannung Vb in der negativen Richtung kreuzt, während das Signal OE den Pegel "L" hat.
Während einer Periode t1 in 14 ist die Erfassungsschaltung 26b für negative Flanken in Betrieb, da das Signal OE auf "L" ist. Wenn das Ausgangssignal O1in von der Treibersteuerschaltung 24 auf "H" gehalten wird, hat das Signal Aout als ein Signal von der Treiberschaltung 25 eine Wellenform während der Periode t1 in 14.
Während der Periode t1, wenn das Signal Aout das Potential der Vorspannung Vb von der positiven Richtung zu der negativen Richtung kreuzt, gibt die Erfassungsschaltung 26b für negative Flanken das Erfassungssignal NE für negative Flanken aus. Bei Empfang des Erfassungssignals NE für negative Flanken über die ODER-Schaltung 31 gibt die Impulssteuerschaltung 27 das Signal Ptrg aus. Wenn die Zeitgeberschaltung 28 in gleicher Weise das Erfassungssignal NE für negative Flanken über die ODER-Schaltung 31 empfängt, setzt sie ihre Zeitgeberoperation zurück und wird angehalten.
Die Wellenform-Formungsschaltung 23 ändert das Signal OE in den Pegel "H" während einer Periode t2 in 14 synchron mit dem Anstieg des Signals Ptrg. Die Treibersteuerschaltung 24 ändert das Signal O2in auf den Pegel "H", während das Signal OE bei "H" ist.
Während der Periode t2 in 14 empfängt die Erfassungsschaltung 26a für positive Flanken das Signal Aout und gibt das Erfassungssignal PE für positive Flanken aus, wenn der Pegel des Signals Aout die Vorspannung Vb von der negativen Richtung zu der positiven Richtung kreuzt. Bei Empfang des Erfassungssignals PE für positive Flanken über die ODER-Schaltung 31 gibt die Impulssteuerschaltung 27 das Signal Ptrg aus. Derselbe Vorgang wird wiederholt ausgeführt, um den Rotor 103 kontinuierlich zu drehen.
Um die Drehung des Rotors 103 anzuhalten, wird ein Stoppsignal ES extern in die Impulssteuerschaltung 27 eingegeben. Wenn die Impulssteuerschaltung 27 das Erfassungssignal PE oder NE für positive oder negative Flanken unmittelbar nach Empfang des Stoppsignals ES empfängt, gibt es das letzte Ptrg aus. In dem Beispiel nach 14 empfängt die Impulssteuerschaltung 27 das Erfassungssignal NE für negative Flanken und gibt das Signal Ptrg aus.
Während einer Periode t4 in 14 wird ein "H"-Pegelsignal O2in ausgegeben, um die Erfassungsschaltung 26a für positive Flanken aktiv zu machen, und das Erfassungssignal PE für positive Flanken wird zu einer Zeit ausgegeben, zu der das Signal Aout die Vorspannung Vb von der negativen Richtung zu der positiven Richtung kreuzt. Wenn die Impulssteuerschaltung 27 das Erfassungssignal PE für positive Flanken empfängt auf dem Empfang des Stoppsignals ES hin, ändert sie das Signal Fd auf den Pegel "H" und fixiert die Ausgangssignale der Motortreiber 104a und 104b auf dem Pegel "L" wodurch die Operation der Schaltung beendet ist.
Bei dem vorbeschriebenen ersten Treibersystem wird angenommen, dass der Rotor 103 durch den ersten Impuls beim Starten der Ausgabe eines Signals O1in mit dem Pegel "H" in eine Poldrehposition eingestellt wird. Im praktischen Gebrauch jedoch stimmt die Phase des Treiberimpulssignals nicht immer mit der Polposition des Rotors 103 überein. Insbesondere wenn eine Last mit einer großen Trägheit wie ein Vibrationsalarm angebracht ist, kann der Motor sich durch die Trägheit weiter drehen, selbst nachdem die Drehung des Motors angehalten ist. In einem solchen Fall ist die endgültige Polposition unbestimmt.
Die vorstehende Situation wird in Betracht gezogen, und wie das System arbeitet, wenn der Motor versagt, sich durch den ersten Impuls zu drehen, wird mit Bezug auf die 13 und 15 beschrieben.
15 ist ein Wellenformdiagramm, das die Zustände der jeweiligen Teile der Schaltung zeigt, wenn der Motor versagt, sich durch den ersten Impuls zu drehen.
Wenn der Motor versagt, sich durch den ersten Impuls zu drehen, ist das von der Treiberschaltung 25 ausgegebene Signal Aout in einem in 15 oder 16 gezeigten Zustand. D.h., da der Motor sich nicht dreht, wird eine bei normaler Drehung des Motors erzeugte gegenelektromotorische Spannung Vr selten erzeugt. Als eine Folge hängt das Signal Aout nur von einer in einer Erfassungsspule bei Ausgabe eines Treiberimpulssignals induzierten Spannung ab. In diesem Fall sollte, wenn der Einfluss der induzierten Spannung verschwindet, die Potentialdifferenz zwischen den beiden Anschlüssen des in 10 gezeigten Differenzverstärkers 106a grundsätzlich 0 werden. In der Praxis jedoch wird eine bestimmte Potentialdifferenz erzeugt, so dass das Potential des Signals Aout geringfügig höher oder niedriger als die Vorspannung Vb ist.
Wenn das Potential des Signals Aout, nachdem der Einfluss der induzierten Spannung verschwunden ist, höher als Vb ist, kreuzt das Signal Aout nicht den Pegel Vb von der positiven zu der negativen Richtung, selbst wenn das Treiberimpulssignal kontinuierlich ausgegeben wird. Aus diesem Grund wird kein Signal Ptrg, das als die Ausgabezeit des nächsten Treiberimpulssignals dient, erzeugt. In diesem System wird, wenn das Signal SS eingegeben wird, ein Starttreiberimpulssignal ausgegeben, und die Zeitgeberoperation der Zeitgeberschaltung 28 wird durchgeführt. Wenn kein Erfassungssignal für positive oder negative Flanken von der Polpositions-Erfassungsschaltung 40 selbst nach einer vorbestimmten Zeit (t1' in 15) ausgegeben wird, gibt die Zeitgeberschaltung 28 ein Pseudoerfassungssignal Tup aus und hält ihre Zeitgeberoperation an. Bei Empfang des Signals Tup gibt die Impulssteuerschaltung 27 das Signal Ptrg aus. Demgemäß wird ein Signal O2in mit dem Pegel "H" unmittelbar ausgegeben, d.h., das nächste Impulssignal mit einer Polarität, die entgegengesetzt zu der des ersten Treiberimpulssignals ist, wird ausgegeben, wodurch der Rotor 103 gedreht wird. Die nachfolgende Operation wird unter derselben Steuerung wie der in dem vorbeschriebenen Fall, bei dem der Motor durch den ersten Impuls gedreht wird, durchgeführt.
Wenn das Potential des Signals Aout nach dem Einfluss der induzierten Spannung niedriger als Vb ist, kreuzt die Wellenform des Signals Aout Vb von der positiven Richtung zu der negativen Richtung, unmittelbar nachdem der Einfluss der induzierten Spannung verschwunden ist, so dass die Erfassungsschaltung 26b für negative Flanken unmittelbar das Signal NE ausgibt. Bei Empfang des Signals NE hält die Zeitgeberschaltung 28 ihre Zeitgeberoperation an. Die Impulssteuerschaltung 27 gibt das Signal Ptrg aus. Die nachfolgende Operation wird unter derselben Steuerung wie der in dem vorbeschriebenen Fall, in welchem der Motor durch den ersten Impuls gedreht wird, durchgeführt.
Bei dem vorbeschriebenen System kann eine Drehung des Motors um 180° erkannt werden durch Erfassen der von dem Motor während der Ausgabe eines Treiberimpulssignals erzeugten gegenelektromotorischen Spannung. Wenn der nächste Impuls zu dieser Zeit ausgegeben wird, kann der Motor sicher mit einem hohen Wirkungsgrad ohne Verringerung seiner Drehkraft angetrieben werden.
Bei dem ersten Treibersystem kann, da keine Treiberimpulssignal-Leerlaufperiode zum Erfassen der Polposition erforderlich ist, anders als bei dem Stand der Technik, das Intervall zwischen dem Treiberimpulssignal und dem nächsten Treiberimpulssignal eliminiert werden, um den Motor mit hoher Geschwindigkeit stabil anzutreiben. Zusätzlich kann der Motor zuverlässig gestartet werden ungeachtet der Polposition des Rotors 103 beim Starten.
In 10 ist die Spannungserfassungsvorrichtung hinzugefügt, die durch den Komparator 108 zum Vergleichen eines Ausgangssignals von dem Differenzverstärker 106a mit der Bezugsspannung Vb und zum Ausgeben eines Signals als das Vergleichsergebnis gebildet ist. Alternativ kann, wie in 17 gezeigt ist, ein Hysteresekomparator gebildet werden durch Verbinden einer Schaltung 107, die durch einen Differenzverstärker 107a, einen Rückkopplungswiderstand 107b und einen Eingangswiderstand 107c gebildet ist, mit einer Schaltung 106, die durch einen Differenzverstärker 106a, einen Rückkopplungswiderstand 106b und einen Eingangswiderstand 106c gebildet ist, und eine Hysterese kann angeordnet werden bei dem Bezugspotential zum Prüfen des Kreuzens der gegenelektromotorischen Spannung, um die Polposition zu erfassen.
Wenn der Hysteresekomparator in dieser Weise angeordnet ist, um die Zeit der Erfassung, ob die gegenelektromotorische Spannung das Bezugspotential kreuzt, zu verzögern, kann eine durch den Einfluss eines externen magnetischen Feldes oder dergleichen bewirkte Fehlfunktion verhindert werden. Weiterhin kann, selbst wenn ein körperlicher Stoß oder dergleichen auf den Motor ausgeübt wird, der Motor sich sehr stabil drehen.
Ein Fall, in welchem die Motorantriebsvorrichtung so ausgebildet ist, dass eine Treiberspule auch als eine Erfassungsspule zum Erfassen der Polposition verwendet wird, um die gegenelektromotorische Spannung von dem Motor zu erfassen, wird als das zweite Treibersystem, das nicht von der vorliegenden Erfindung erfasst wird, mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
18 ist ein Blockschaltbild, das das zweite Trei bersystem zeigt, in welchem das vorbeschriebene System in 13 leicht verbessert ist, um die Erfassung der gegenelektromotorischen Spannung von dem Motor selbst während der Ausgabe des Treiberimpulssignals zu ermöglichen. Die 19 und 20 sind Wellenformdiagramme, die die Arbeitsweise in 18 zeigen. 20 zeigt Wellenformen, die entlang der Zeitachse vergrößert sind, im Vergleich zu 19.
In 18 bezeichnet die Bezugszahl 32 eine Zeitgeberschaltung B zum Messen einer vorbestimmten Zeit, nachdem das Signal OE1 in "L" geändert wurde, und zum Ausgaben eines Signals Tup', wenn kein Erfassungssignal PE oder NE für positive oder negative Flanken innerhalb dieser vorbestimmten Zeit empfangen wird; 46 eine Flipflop-Schaltung zum Invertieren eines Ausgangssignals Q jedes Mal, wenn sie das Tup' empfängt; und 40' eine Polpositions-Erfassungsschaltung, die durch eine Erfassungsschaltung 26a für positive Flanken, eine Erfassungsschaltung 26b für negative Flanken, eine ODER-Schaltung 31 und eine Erfassungsschaltung 41' für eine gegenelektromotorische Spannung gebildet wird. Eine Wellenform-Formungsschaltung 23 steuert intermittierend das Treiberimpulssignal und gibt das Signal OE1 als ein Signal zum Steuern der Polpositions-Erfassungsschaltung 40' und der Zeitgeberschaltung B32 jedes Mal aus, wenn die Schaltung 23 das von einer Impulssteuerschaltung 27 ausgegebene Signal Ptrg empfängt. Eine Treibersteuerschaltung 24 ist so ausgebildet, dass sie die Signale O1in und O2in auf der Grundlage des Ausgangssignals Q von der Flipflop-Schaltung 46 schaltet und ausgibt. Eine Treiberschaltung 25', die Erfassungsschaltung 41' für eine gegenelektromotorische Spannung und ein Motor 42' haben dieselben Anordnungen wie diejenigen in 8, die bei dem Stand der Technik beschrieben wurden. Die verbleibenden Elemente sind dieselben wie diejenigen in 13 und eine Beschreibung hiervon wird weggelassen.
Beim Drehen des in 8 gezeigten Rotors 103, wenn das Startsignal SS extern in die Impulssteuerschaltung 27 eingegeben wird, gibt die Impulssteuerschaltung 27 das Signal Ptrg aus, um das Signal OE1 in einer Periode tb in "H" zu ändern, wie in 19 gezeigt ist. Das Signal OE1 wird zu dem Signal O1in ausgegeben, wenn das Ausgangssignal Q von der Flipflop-Schaltung 46 den Pegel "L" hat, oder zu dem Signal O2in, wenn das Ausgangssignal Q den Pegel "H" hat. In 19 wird, da das Ausgangssignal Q auf "L" ist, unmittelbar nachdem das Signal SS ausgegeben wurde, das Signal OE1 zu dem Signal O1in ausgegeben. In 19 wird, da das Signal Q während einer Periode t2 nach der Periode tb auf "L" ist, wenn das Signal OE1 ausgegeben wird, und das Signal OE1 auf "L" ist, die Erfassungsschaltung 26a für positive Flanken aktiv.
Währen einer Periode t1 in 19 wird, während das Signal OE1 auf "H" ist, das Treiberimpulssignal für das Signal O1in ausgegeben. Während das Signal OE1 auf "L" ist, werden die Ausgänge der Motortreiber 1a und 1b in einen Hochimpedanzzustand gesetzt, und eine Vorspannvorrichtung 3 wird betätigt, um die gegenelektromotorische Spannung von dem Motor zu erfassen.
Die Wellenform des Signals Aout während der Periode t1 in 19 wird mit Bezug auf das vergrößerte Diagramm nach 20 erläutert.
Wenn das Treiberimpulssignal mit der Wellenform des Signals O1in ausgegeben wird, ist die Wellenform von Aout während der Periode t1 die zusammengesetzte Wellenform der in einer Treiberspule 2 erzeugten induzierten Spannung Vr und der bei Drehung des Motors erzeugten gegenelektromotorischen Spannung Vg. Während der Periode t2 in 20 ist die induzierte Spannung Vr, unmittelbar nachdem das Signal O1in in "L" geändert wurde, vorherrschend. Da der Einfluss der induzierten Spannung Vr mit dem Verstreichen der Zeit verschwindet, wird die gegenelektromotorische Spannung Vg beobachtet. Während der Periode t2, wenn der Potentialpegel der gegenelektromotorischen Spannung Vg höher als Vb ist, d.h., wenn der Rotor 103 sich nicht vollständig um 180° gedreht hat, kreuzt die Wellenform des Signals Aout unvermeidbar das Potential Vb von der negativen zu der positiven Rich- tung, bevor der Einfluss der induzierten Spannung Vr verschwindet (zur Zeit P1 in 20).
Wenn sich das Signal OE1 in "L" ändert, beginnt die Zeitgeberschaltung B32 eine Zeitgeberoperation. Da das Ausgangssignal Q von der Flipflop-Schaltung 46 auf "L" ist, gelangt die Erfassungsschaltung 26a für positive Flanken in den Betriebszustand, während das Signal OE1 auf "L" ist. Wenn beobachtet wird, dass die Wellenform des Signals Aout zu der Zeit P1 während der Periode t2 in 20 Vb von der negativen Richtung zu der positiven Richtung kreuzt, gibt die Erfassungsschaltung 26a für positive Flanken das Erfassungssignal PE für positive Flanken aus. Bei Empfang des Signals PE über die ODER-Schaltung 31 hält die Zeitgeberschaltung B32 ihre Zeitgeberoperation an. Wenn während einer vorbestimmten Zeit (t2) von der Zeitgeberschaltung B32 kein Signal ausgegeben wird, gibt die Impulssteuerschaltung 27 das Signal Ptrg nach einer vorbestimmten Zeit aus. Bei Empfang des Signals Ptrg gibt die Wellenform- Formungsschaltung 23 während einer Periode tc ein "H"-Signal OE1 aus. Während der nachfolgenden Periode t3 wird die gegenelektromotorische Spannung in derselben Weise wie während der Periode t2 erfasst.
Da die Wellenform des Signals Aout das Potential Vb von der negativen zu der positiven Richtung zu den Zeiten P1, P2 und P3 während der Perioden t2, t3 und t4 in 20 kreuzt, wird Ptrg ausgegeben, und ein "H"-Singal wird zu dem Signal OE1 ausgegeben. Während einer Periode, in der der Potentialpegel der gegenelektromotorischen Spannung Vg niedriger als Vb ist, d.h., während einer Periode t5 in 20, hat sich der Rotor 103 um 180° oder mehr gedreht, so dass die Wellenform des Signals Aout das Potential Vb von der negativen Richtung zu der positiven Richtung nicht kreuzt. Daher gibt während der Periode t5 die Erfassungsschaltung 26a für positiven Flanken das Erfassungssignal PE für positive Flanken nicht aus. Wenn die Zeitgeberschaltung B32 während der Periode t5 kein Erfassungssignal PE für positive Flanken erfasst und die vorbestimmte Zeit (t5) verstreicht, gibt die Zeitgeberschaltung B32 Tup' aus. Bei Empfang des Signals Tup' gibt die Impulssteuerschaltung 27 das Signal Ptrg aus. Als eine Folge gibt die Wellenform-Formungsschaltung 23 das Signal OE1 aus. Zu dieser Zeit gibt, da das Signal Q von der Flipflop-Schaltung 46 von "L" in "H" als Antwort auf das Signal Tup' wechselt, die Treibersteuerschaltung 24 das Treiberimpulssignal zu der Seite des Signals O2in aus. Die nachfolgende Operation ist dieselbe wie bei dem vorbeschriebenen ersten Treibersystem.
Bei diesem zweiten Treibersystem kann durch Einstellen des Intervalls zum Erfassen der gegenelektromotorischen Spannung während der Ausgabe des Treiberim pulssignals die Treiberspule als eine Erfassungsspule für die gegenelektromotorische Spannung verwendet werden, um die Anordnung zu vereinfachen.
Da das Intervall zwischen dem Treiberimpulssignal und dem nächsten Treiberimpulssignal eliminiert werden kann, kann der Motor stabil mit hoher Geschwindigkeit angetrieben werden.
Eine Treiberschaltung in 21 wird erhalten durch Hinzufügen eines Hysteresekomparators 13 zu der Treiberschaltung in 8. Der Hysteresekomparator 13 ist mit dem Ausgang der Spannungserfassungsschaltung 5 verbunden. Der Hysteresekomparator 13 wird gebildet durch einen Eingangswiderstand 13a, einen Rückkopplungswiderstand 13b und Inverter 13c und 13d. Bei dieser Anordnung kann dem Bezugspotential eine Hysterese gegeben werden zum Prüfen des Kreuzens der gegenelektromotorischen Spannung, um die Polposition zu erfassen.
Wenn der Hysteresekomparator in dieser Weise angeordnet ist, um die Zeit zum Erfassen, ob die gegenelektromotorische Spannung das Bezugspotential kreuzt, zu verzögern, kann eine durch den Einfluss eines externen magnetischen Feldes oder dergleichen bewirkte Fehlfunktion verhindert werden. Weiterhin kann, selbst wenn ein körperlicher Stoß oder dergleichen auf den Motor ausgeübt wird, der Motor sich sehr stabil drehen.
Das Verfahren zum Steuern der Ausgabe des Impulses unmittelbar nachdem der Motor gestartet ist, wurde vorstehend beschrieben. Ein Verfahren zum Ausgeben eines Impulses, während die Drehgeschwindigkeit des Motors nach seinem Start von einem Beschleunigungszu stand zu einem Zustand konstanter Geschwindigkeit verschoben wird, wird als das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Dieses zu beschreibende Ausführungsbeispiel ist mit einem Mittel verbunden, das besonders wirksam für einen Motor mit einer Last mit großer Trägheit ist, wie einem flachen Gewicht für eine Datumsfläche oder einen Vibrationsalarm.
22 ist ein Blockschaltbild, das die Anordnung nach dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt. Eine Beschreibung von Teilen, die mit dem ersten und dem zweiten Antriebssystem, die nicht von der vorliegenden Erfindung erfasst werden, gemeinsam sind, wird weggelassen. 23 ist ein Wellenformdiagramm, das die Arbeitsweise in 22 zeigt.
In 22 zeigt die Bezugszahl 35 eine Zeitgeberschaltung C zum Starten einer Zeitgeberoperation synchron mit dem Abfall des Signals OE1. Wenn das Signal OE1 auf "L" ist, startet die Zeitgeberschaltung C35 ihre Operation, gibt ein Signal Cup nach einer vorbestimmten Zeit aus und wird durch das Signal Ptrg zurückgesetzt. Die Bezugszahl 36 bezeichnet eine Zählerschaltung zum Zählen der Signal Cup von der Zeitgeberschaltung C35 und zum Schalten und Ausgeben von Impulsbreiten-Auswahlsignalen Ps1 bis PsN. Die Bezugszahl 37 bezeichnet eine Treiberimpuls-Steuerschaltung zum Ändern der Breite des Signals OE1 auf der Grundlage der Impulsbreiten-Auswahlsignale Ps1 bis PsN. Eine Treiberschaltung 35', eine Erfassungsschaltung 41' für eine gegenelektromotorische Spannung und ein Motor 42' in 22 haben dieselben Anordnungen wie in 8, die den Stand der Technik beschreibt. Eine Beschreibung derselben Anordnung wie der bei dem vorbeschriebenen zweiten Treibersystem wird weggelassen.
In dem anfänglichen Zustand wird der Zählwert der Zählerschaltung 36 gelöscht, und daher ist das Signal Ps1 auf "H". Die Treiberimpuls-Steuerschaltung 37 ändert die Impulsbreite eines auszugebenden Treiberimpulssignals gemäß den von der Zählerschaltung 36 ausgegebenen Signalen Ps1 bis PsN. In diesem Fall ist das Signal Ps1 auf "H", d.h., ein Treiberimpulssignal mit der größten Breite wird unmittelbar nach dem Start ausgegeben. Da sich das "H"-Pegelsignal in der Reihenfolge der Signale Ps2, Ps3, ... PsN (später beschrieben) ändert, nimmt die Impulsbreite des Treiberimpulssignals ab.
Der Zustand, in welchem der Motor bei Empfang des Signals SS startet, d.h. eine Periode (a) in 23, ist derselbe wie in der vorbeschriebenen 9, und eine Beschreibung hiervon wird weggelassen.
In 23 wird, wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors durch den ersten und zweiten Impuls erhöht wird, die Impulsbreite des Treiberimpulssignals übermäßig, wie vorstehend beschrieben ist. Ein Kreuzen des Pegels Vb von der negativen Richtung zu der positiven Richtung, die zur Zeit P in 23 stattfinden sollte, findet nicht statt, so dass kein nächstes Treiberimpulssignal ausgegeben wird.
Wenn sich das Signal OE1 in "L" ändert, startet die Zeitgeberschaltung C35 eine Zeitgeberoperation in dem normalen Zustand, d.h., in dem Zustand wie der Periode (a) in 23. Die Zeitgeberschaltung C35 gibt kein Signal aus, da sie durch das Signal Ptrg zurückgesetzt ist, bevor eine vorher eingestellte vorbe stimmte Zeitgeber-Operationsendzeit Δt verstrichen ist. Wenn jedoch das Signal Aout Vb nicht kreuzt und kein Signal Ptrg zur Zeit Δt nach dem Abfall des Signals OE1 ausgegeben wird, wie während der Perioden (c) und (d) in 23, wird bestimmt, dass der Rotor 103 bereits eine Position erreicht hat, an der der Motor durch das nächste Treiberimpulssignal angetrieben wird, und die Zeitgeberschaltung C35 gibt ein Impulssignal mit dem Pegel "H" zu dem Signal Cup aus. Bei Empfang des Signals Cup zählt die Zählerschaltung 36 einen internen Zähler aufwärts und setzt das Sig nal Ps1 auf "L" und das Signal Ps2 auf "H". Als eine Folge wird das Signal OE1 als ein Treiberimpulssignal mit einer kleineren Impulsbreite ausgegeben.
Wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors einen bestimmten Grad oder mehr erreicht, oder wenn eine Last mit großer Trägheit mit dem Motor verbunden ist, wie vorstehend beschrieben ist, hält, selbst wenn kein Treiberimpulssignal zur Zeit P in 23 ausgegeben wird, die Drehung nicht unmittelbar an, obgleich die Drehgeschwindigkeit leicht abnimmt. Daher wird, selbst wenn das nächste Treiberimpulssignal zur Zeit Q ausgegeben wird, die Drehung selbst nicht angehalten.
Wenn jedoch die Impulsbreite des zur Zeit Q ausgegebenen Treiberimpulses gleich der des vorhergehenden Treiberimpulssignals ist, nimmt die Drehgeschwindigkeit, die einmal aufgrund der Abwesenheit des Treiberimpulssignals zur Zeit P abgenommen hat, unerwünschterweise wieder zu, um wieder die zur Zeit P in 23 gezeigte Situation zu bewirken. Eine weitere Zunahme der Drehgeschwindigkeit kann nicht erwartet werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel nimmt, wenn die Wellenform des Signals Aout die Vorspannung Vb nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeit nach Ausgabe des Treiberimpulssignals kreuzt, die Impulsbreite eines als nächstes auszugebenden Treiberimpulssignals ab. Wenn die Drehgeschwindigkeit des Motors in diesem Zustand zunimmt, tritt derselbe Zustand wie der zur Zeit P in 23 auch auf. Zu dieser Zeit wird die vorbeschriebene Steuerung durchgeführt, um die Impulsbreite des Treiberimpulssignals zu verringern. Durch wiederholtes Durchführen derselben Steuerung für die Impulsbreite des Treiberimpulssignals nimmt die Drehgeschwindigkeit allmählich zu und wird bei der maximalen Drehgeschwindigkeit stabilisiert. In diesem Zustand hat das Treiberimpulssignal keine übermäßige Breite. Daher kann, da der Kreuzungspunkt der Wellenform des Signals Aout über der Vorspannung Vb erfasst werden kann, der Treiberimpuls zuverlässig ausgegeben werden, um eine stabile Drehung zu erzielen.
Der Motor wird durch das Signal ES angehalten, wie vorstehend beschreiben ist. Bei Empfang des Signals ES wird die Zählerschaltung 36 zurückgesetzt, um den Zählwert auf einen Anfangszustand zu setzen. Da das Signal Ps1 beim nächsten Antreiben des Motors auf "H" ist, wird ein Treiberimpulssignal mit der größten Breite ausgegeben.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird durch Anwenden dieses ersten Ausführungsbeispiels ein Treiberimpulssignal mit einer optimalen Breite gemäß der Drehgeschwindigkeit des Motors ausgewählt. Der Motor kann schnell beschleunigt und stabil gedreht werden, und die Drehgeschwindigkeit kann erhöht werden. Bei der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels haben die Treiberschaltung 25', die Erfassungsschaltung 41' für eine gegenelektromotorische Spannung und der Motor 42' die in 8 beschriebene Schaltungskonfiguration. Selbst mit der Schaltungskonfiguration nach 10 kann dieselbe Operation erhalten werden.
Es ist feststellen, dass dieses erste Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Anordnung wie die in 24 gezeigte verwenden kann. 24 ist ein Blockschaltbild, das eine andere Anordnung dieses ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
Eine Beschreibung derselben Anordnung wie der in 22 gezeigten wird weggelassen. 25 ist ein Wellenformdiagramm, das die Operation in 24 zeigt.
In dem Blockschaltbild nach 24 ist eine Kompensationsimpuls-Bildungsschaltung 38 neu angeordnet. Wenn kein Signal Ptrg zur Zeit Δt nach dem Abfall des Signals OE1 ausgegeben wird, wie während einer Periode (d) in 25, gibt die Zeitgeberschaltung C35 ein Impulssignal mit dem Pegel "H" zu dem Signal Cup aus. Bei Empfang des Signals Cup gibt die Kompensationsimpuls-Bildungsschaltung 38 ein Kompensationsimpulssignal FP aus. Dieses Signal FP wird als das Signal OE1 über eine ODER-Schaltung in eine Treibersteuerschaltung 24 eingegeben. Das Ausgangssignal Q der Flipflop-Schaltung 46 wird durch das Signal Cup von "H" in "L" umgeschaltet. Als eine Folge wird das Kompensationsimpulssignal FP als das Treiberimpulssignal für das Signal O1in ausgegeben.
Mit dieser Anordnung kann, selbst wenn kein Signal Ptrg ausgegeben wird, das Kompensationsimpulssignal FP ausgegeben werden, um eine vorübergehende Abnahme der Geschwindigkeit zu unterdrücken.
Das auszugebende Kompensationsimpulssignal FP hat wünschenswerterweise eine Impulsbreite, die kleiner als die eines normalen Treiberimpulssignals ist. Wenn die Breite des Signals FP größer ist, kann die Kreuzungszeit des Signals Aout über das Potential Vb von positiven in die negative Richtung verloren gehen. Dies kann verhindert werden durch Setzen der Impulsbreite des Kompensationsimpulssignals FP auf einen kleineren Wert.
Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird beschrieben. 26 ist ein Blockschaltbild, das die Anordnung des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt. Eine Beschreibung von Teilen, die mit dem zweiten Treibersystem gemeinsam sind, wird weggelassen. 27 ist ein Wellenformdiagramm, das die Arbeitsweise in 26 zeigt.
Dieses Ausführungsbeispiel ist mit einer Dämpfungssteuerung beim Anhalten des Motors assoziiert. Eine Dämpfungsimpuls-Erzeugungsschaltung 50 ist zu der Anordnung des in 18 gezeigten zweiten Treibersystems hinzugefügt.
Eine Impulssteuerschaltung 27 gibt normalerweise das Signal Ptrg bei Empfang des Signals Tup' aus. Wenn sie das Stoppsignal ES empfängt, gibt sie ein Signal Etrg aus. Bei Empfang des Signals Etrg gibt die Dämpfungsimpuls-Erzeugungsschaltung 50 ein "H"-Signal Ep aus. Das Signal Ep wird als das Signal OE1 über eine ODER-Schaltung in eine Treibersteuerschaltung 24 eingegeben. Das Signal Ep wird direkt in die Treibersteuerschaltung 24 eingegeben und zum Bestimmen, ob das Signal O1in oder O2in ausgegeben wird, verwendet. D.h., das Signal OE1 wird normalerweise als das Sig nal O1in ausgegeben, wenn das Ausgangssignal Q der Flipflop-Schaltung 46 auf "L" ist, und als das Signal O2in, wenn das Ausgangssignal Q auf "H" ist. Wenn das Signal Ep auf "H" ist, wird diese Ausgabebestimmung umgekehrt.
Gemäß 27 empfängt, nachdem die Impulssteuerschaltung 27 das Stoppsignal ES empfangen hat, diese das Signal Tup' zu der Zeit Q, um das Signal Etrg auszugeben. Nach der Zeit Q ist das Ausgangssignal Q der Flipflop-Schaltung 46 auf "L". Zu dieser Zeit wird, da das Signal EP auf "H" ist, ein Dämpfungsimpulssignal PSE als O2in ausgegeben.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit dieser Anordnung kann der Motor schneller an einer gewünschten Position angehalten werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, können gemäß der vorliegenden Erfindung eine schnellere Beschleunigung und ein stabiles Drehvermögen durch das erste Ausführungsbeispiel erhalten werden. Obgleich das erste und das zweite Treibersystem sowie das erste Ausführungsbeispiel getrennt beschrieben wurden, können sie kombiniert werden, um eine Motorantriebsschaltung mit höherem Leistungsvermögen zu realisieren. Bei der vorliegenden Erfindung kann ein Antrieb des Motors mit hoher Drehgeschwindigkeit und großem Drehmoment realisiert werden durch eine einfache Systemanordnung, ohne die Struktur eines herkömmlichen flachen bipolaren Motors zu ändern.

Claims

Motorantriebsvorrichtung, aufweisend einen Schrittmotor (42'), der gebildet ist durch einen Stator (102) mit zumindest zwei Polen, einen Rotor (103) mit einem Permanentmagneten mit zumindest zwei Polen, und eine magnetisch mit dem Stator gekoppelte Treiberspule, Treiberimpuls-Erzeugungsmittel (21, 22, 37) zum Ausgeben eines Treiberimpulssignals (OE) zum Treiben des Schrittmotors, eine Treiberschaltung (25') zum Zuführen eines Treiberstroms zu der Treiberspule auf der Grundlage des Signals von den Treiberimpuls-Erzeugungsmitteln, eine Spannungserfassungsschaltung (41') zum Erfassen einer elektromotorischen Gegenspannung, die bei Drehung des Rotors erzeugt wird, und Polpositions-Erfassungsmittel (40') zum Erfassen einer Polposition des sich drehenden Rotors mit Bezug auf den Stator auf der Grundlage eines von der Spannungserfassungsschaltung (41') erzeugten Erfassungssignals, welche Treiberimpuls-Erzeugungsmittel eine Ausgabezeit des Treiberimpulssignals auf der Grundlage des Erfassungssignals von den Polpositions-Erfassungsmitteln (40') steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorantriebsvorrichtung weiterhin eine Zeitgeberschaltung (35) aufweist zum Erzeugen eines Zeitgebersignals zu einer vorbestimmten Zeit, nachdem die Treiberimpuls-Erzeugungsmittel das Treiberimpulssignal ausgegeben haben, und wenn kein Erfassungssignal von den Polpositions-Erfassungsmitteln zu der vorbestimmten Zeit nach dem Start der Ausgabe des Treiberimpulssignals erzeugt wird, die Treiberimpuls-Erzeugungsmittel (21, 22, 37) eine Impulsbreite eines als Nächstes auszugebenden Treiberimpulssignals kleiner als die des vorher ausgegebenen Treiberimpulssignals setzen.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn kein Erfassungssignal von den Polpositions-Erfassungsmitteln (40') zu der vorbestimmten Zeit nach dem Start der Ausgabe des Treiberimpulssignals erzeugt wird, die Treiberimpuls-Erzeugungsmittel ein Kompensationsimpulssignal mit einer Polarität, die zu der des Treiberimpulssignals entgegengesetzt ist, ausgeben.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsimpulssignal eine Impulsbreite hat, die kleiner als die des Treiberimpulssignals ist.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch Dämpfungsimpuls-Erzeugungsmittel zum Ausgeben eines Dämpfungsimpulssignals, um die Drehung des Schrittmotors anzuhalten, welche Dämpfungsimpuls-Erzeugungsmittel eine Ausgabezeit des Dämpfungsimpulssignals auf der Grundlage des Erfassungssignals von den Polpositions-Erfassungsmitteln steuern.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsimpulssignal in einer Richtung ausgegeben wird, in der der Stator mit einer Polarität entgegengesetzt zu einem magnetischen Pol des Rotors erregt wird.
Motorantriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsimpulssignal mit einer Impulsbreite ausgegeben wird, die größer als die des Treiberimpulssignals zum Treiben des Schrittmotors ist.