DE3874280T2

DE3874280T2 - Motorregelvorrichtung.

Info

Publication number: DE3874280T2
Application number: DE8888117489T
Authority: DE
Inventors: Noriaki Itou; Masaaki Kakizaki; Hiroshi Kato; Shigeru Okamura; Akira Torisawa
Original assignee: Canon Inc; Canon Precision Inc
Current assignee: Canon Inc; Canon Precision Inc
Priority date: 1987-10-21
Filing date: 1988-10-20
Publication date: 1993-01-21
Anticipated expiration: 2008-10-21
Also published as: EP0313046B1; DE3874280D1; EP0313046A1; US4963808A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Motorregeleinrichtung, die beispielsweise in einem Büroautomatisierungsgerät wie einem Drucker für einen Personalcomputer, eine Textverarbeitungsanlage oder dergleichen eingesetzt wird.

Verwandter Stand der Technik

In einem bürstenlosen Motor wird für die Erregungssteuerung beispielsweise zum Erfassen der Stellung eines Magnetpols eines Rotors ein Hall-Element und zum Erfassen der Drehzahl des Rotors ein optischer oder magnetischer Codierer (Drehmeßgeber) eingesetzt.
Bei einem solchen bürstenlosen Motor ergeben sich jedoch die folgenden Probleme:
(1) Es ist eine Lageausrichtung zwischen einem Stator- Magnetpol und einem Hall-Element erforderlich.
(2) Wenn das Erregungsschalten durch das Hall-Element ausgeführt wird, ist wegen der eindeutigen Festlegung der Lagen des Hall-Elements und des Stators das Erregungsverfahren für einen Motor dementsprechend festgelegt. Beispielsweise ist die elektrische Winkelstellung des Hall-Elements in bezug auf den Stator um 45º verschieden. Daher muß zur Erregungssteuerung des einen Motors auf zweierlei Weise die Anzahl von Hall-Elementen verdoppelt werden und die Hall- Elemente müssen in für die Erregungssteuerung geeigneten Lagen angeordnet werden.
Es ist anzumerken, daß die JP-OS 62-193548 und 62-193549 Schrittmotore für eine Erregungssteuerung unter Verwendung von Codiererausgangssignalen offenbaren. Diese Patentveröffentlichungen offenbaren lediglich Motorkonstruktionen, in denen Codierer an vorbestimmten Stellen angebracht sind, und enthalten keine Offenbarung einer Antriebssteuerschaltung, eines Verfahrens oder dergleichen für den Motor.
In der EP-A-0 140 697 ist eine Regeleinrichtung für einen Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 offenbart. In dieser Einrichtung nach dem Stand der Technik ist der mit dem Signalzählstand des Aufwärts/Abwärts-Zählers zu vergleichende Wert vorbestimmt. Die Erregung der Wicklung ist nicht optimal, wenn sich infolge eines Beschleunigens oder Verlangsamens des Rotors oder einer Laständerung die Rotordrehzahl ändert.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regeleinrichtung zu schaffen, die selbst während eines Beschleunigens, eines Verlangsamens, eines Langsamlaufs oder einer Änderung der Belastungszustände einen optimalen Motorbetrieb ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mittels der im Patentanspruch 1 beschriebenen Regeleinrichtung gelöst.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Schaltbild eines Regelsystems für ein jedes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Motors.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Motor.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht des ersten Ausführungsbeispiels.
Fig. 4A ist eine Darstellung, die den Zusammenhang zwischen einem Feldplattenelement und einem Codierer bei dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.
Fig. 4B ist ein Äquivalenzschaltbild des Feldplattenelements.
Fig. 5 ist ein Zeitdiagramm von Ausgangssignalen des Feldplattenelements.
Fig. 6 ist ein Schaltbild eines Aufwärts/Abwärts-Taktgenerators.
Fig. 7 ist ein Zeitdiagramm, das Eingangs/Ausgangssignale des Aufwärts/Abwärts-Taktgenerators zeigt.
Fig. 8 ist ein Schaltbild eines Motorsteuersignalgenerators.
Fig. 9 ist ein Schaltbild eines 180º-Taktgenerators.
Fig. 10 ist ein Schaltbild eines 90º-Taktgenerators.
Fig. 11 ist ein Schaltbild einer Start/Stop- Steuereinheit.
Fig. 12 ist ein Schaltbild einer einpoligen Treiberschaltung für einen Motor.
Fig. 13A bis 13C und 14 sind Zeitdiagramme, die verschiedene Betriebsarten für den Zusammenhang zwischen Aufwärts/Abwärts-Zähler-Ausgangssignalen und Erregungsschaltsignalen zeigen.
Fig. 15 ist ein Schaltbild eines Umschalters für kontinuierlichen Antrieb und Schrittantrieb.
Fig. 16 ist eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Motors.
Fig. 17 ist eine Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Motors.
Fig. 18 ist eine Schnittansicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Motors.
Fig. 19 ist eine perspektivische Ansicht eines fünften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Motors.
Fig. 20 und 21 sind Schnittansichten des fünften Ausführungsbeispiels.
Fig. 22A ist eine Darstellung, die schematisch ein Drehmeßelement bei einem sechsten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Motors zeigt.
Fig. 22B ist eine perspektivische Ansicht eines Codiererteils des sechsten Ausführungsbeispiels.
Fig. 22C ist eine Schnittansicht des sechsten Ausführungsbeispiels.
Fig. 23 ist ein Schaltbild eines bei dem in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendeten digitalen Vergleichers.
Fig. 24 ist ein Kurvenformdiagramm von Ausgangssignalen des digitalen Vergleichers.
Fig. 25 ist ein Schaltbild, das eine andere Gestaltung eines digitalen Vergleichers zeigt.
Fig. 26 ist ein Kurvenformdiagramm von Ausgangssignalen des in Fig. 25 gezeigten digitalen Vergleichers.
Fig. 27 ist ein Schaltbild, das eine andere Gestaltung des Taktgenerators zeigt.
Fig. 28 ist ein Schaltbild, das eine weitere Gestaltung des Taktgenerators zeigt.
Fig. 29 ist ein Schaltbild, das eine andere Gestaltung des Aufwärts/Abwärts-Taktgenerators zeigt.
Fig. 30 ist ein Kurvenformdiagramm von Signalen des in Fig. 29 gezeigten Taktgenerators.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1 bis 15 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Fig. 1 zeigt eine Antriebssteuerschaltung für einen Motor. Die Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Motors und die Fig. 3 ist eine Schnittansicht des Motors.
Ein Motor 201 enthält einen magnetischen Codierer und kann schrittweise Drehungen ausführen. Der Motor 201 hat eine Statoreinheit 204 mit einem Aufbau, bei dem zwei Statoren 202 und 203 mit magnetischen Hohlringen vertikal übereinandergesetzt sind. Die Oberfläche eines jeden der Statoren 202 und 203 ist aus einem magnetischen Material gebildet und es ist an ihren Innenumfangsteilen in kleinen Abständen zum abwechselnden Bilden von N- und S-Magnetpolen in Umfangsrichtung eine große Anzahl von magnetischen Segmenten gebildet (die in dem Stator 203 mit 205 und 206 und in dem Stator 202 mit 207 und 208 bezeichnet sind). In die Höhlungsteile sind Spulenkörper 210 eingesetzt, um die Leiterdrähte 209 in einer großen Windungsanzahl gewickelt sind.
Die magnetischen Segmente (205, 206, 207 und 208) sind in einer oberen und einer unteren Stufe einander in der axialen Richtung gegenübergesetzt angeordnet und festgelegt. Die Breite eines jeden der magnetischen Segmente (205, 206, 207 und 208) ist gleich einer Magnetpolbreite eines Magnetrotors 211 (in Umfangsrichtung). Die magnetischen Segmente 205 und 207 sind durch sich nach oben erstreckende Magnetmaterialabschnitte der unteren Flächen der Statoren 202 und 203 unter gegenseitiger Versetzung um 1/4 Teilungsabstand gebildet. Die magnetischen Segmente 206 und 208 sind durch sich nach unten erstreckende Magnetmaterialabschnitte der oberen Flächen der Statoren 202 und 203 unter gegenseitiger Versetzung um 1/4 Teilungsabstand gebildet. An die Leiterdrähte der Statoren 202 und 203 sind jeweils Zuleitungsdrähte 212 und 213 angeschlossen.
Der zylindrische Magnetrotor 211 ist zur gemeinsamen Drehung an einer Drehwelle 214 befestigt. Der Magnetrotor 211 ist an Lagern 217 und 218, die jeweils in Flanschen 215 und 216 eingesetzt sind, welche an die Statoren 202 und 203 angeschweißt sind, in der Weise gelagert, daß er drehbar in einem Innenhohlraum der Statoreinheit 204 angeordnet ist. Der Magnetrotor 211 kann ein geeigneter Magnet wie ein Kunststoffmagnet oder ein durch Sintern geformter Magnet sein. Den magnetischen Segmenten (205, 206, 207 und 208) gegenübergesetzt sind N- und S-Magnetpole radial ausgerichtet und abwechselnd ausgebildet.
Die Drehwelle 214 ragt aus dem unteren Ende des Lagers 218 heraus, das in den Flansch 216 eingesetzt ist, der an den Stator 202 angeschweißt ist. An dem vorstehenden Abschnitt der Drehwelle 214 ist ein magnetischer Codierer 219 angebracht. An dem ganzen Umfangsrand des Codierers 219 sind in kleinen Abständen insgesamt 288 N- und S-Magnetpole gebildet. In einer einem Magnetpolbereich 224 (Umfangsrandbereich) des magnetischen Codierers 219 gegenübergestellten Lage ist ein Magnetfeldsensor (Magnetwiderstands- bzw. Feldplattenelement) 220 für die Abgabe von A- und B- Phasensignalen mit einer elektrischen Phasendifferenz von 90º angeordnet.
Der Magnetfeldsensor (das Feldplattenelement) 220 ist an einem Befestigungsteil 222 angebracht. Die Ausgangssignale des Sensors 220 werden einer (in Fig. 1 gezeigten) Steuerschaltung über Zuleitungsdrähte 223 zugeführt, die an eine Schaltungsplatte 221 angelötet sind. Das Befestigungsteil 222, an dem der Magnetfeldsensor (das Feldplattenelement) 220 befestigt ist, ist an einem inneren Bodenabschnitt eines Metallbecher-Gehäuses 225 für den magnetischen Codierer angebracht. Das Gehäuse 225 schützt den Magnetpolbereich 224 und den Magnetfeldsensor (das Feldplattenelement) 220 gegen Staub.
Die Anzahl der Magnetpole des Rotors 211 ist 24 und die Anzahl der Magnetpole des magnetischen Codierers 224 ist ein ganzzahliges Vielfaches von 24, nämlich 288. Daher entspricht die Codiererausgangsimpulsanzahl je Rotorpol 12 Impulsen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt ein Drehwinkel je Impuls des Codiererausgangssignals 1,25º/Impuls (360º/288 Impulse) und hat damit einen ausreichend kleineren Wert als der Drehwinkel von 15º je Rotorpol. Im einzelnen ist selbst dann, wenn keine Einstellung vorgenommen wird, ein Winkelstellungsfehler zwischen den Codiererausgangsimpulsen und dem Rotormagnetpol maximal ± 0,625º. Dieser Fehler entspricht einem Fehler von ungefähr 4,2 % je Rotorpol und kann außer Acht gelassen werden. Der Zusammenhang zwischen der Codiererausgangsimpulsanzahl und der Anzahl der Rotormagnetpole kann innerhalb eines Toleranzbereichs gewählt werden. Die Codiererausgangsimpulsanzahl je Umdrehung des Rotors kann ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Rotormagnetpole sein. Im allgemeinen ist ein Fehler von ± 12,5 % zulässig und in diesem Fall entspricht die Impulsanzahl dem Vierfachen der Anzahl der Rotormagnetpole.
Es ist anzumerken, daß dann, wenn wie in einem Hybrid- Schrittmotor die Anzahl der Rotormagnetpole 100 ist und wie bei einem herkömmlichen Hall-Element und anderen Codierern eine 1:1-Übereinstimmung zwischen der Codiererausgangsimpulsanzahl und der Anzahl der Rotormagnetpole besteht, eine genaue Ausrichtung erforderlich ist. Erfindungsgemäß ist jedoch die Ausgangsimpulsanzahl des Codierers in dem Bereich von 400 bis 500 angesetzt, so daß ein Motor mit Hybrid- Schrittmotorgestaltung ohne Ausrichtung als bürstenloser Gleichstrommotor eingesetzt werden kann. Eine solche Ausgangsimpulsanzahl kann leicht mittels eines magnetischen Codierers, der ein Magnetisierungsmuster mit einer Wellenlänge von 0,334 um und einem Durchmesser von 26,6 mm hat (eine in Fig. 2 und 3 gezeigte Konstruktion), und eines Magnetwiderstandselements (Feldplattenelements) realisiert werden.
Die Fig. 1 zeigt eine Steuerschaltung für den Motor mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau. Nach Fig. 1 enthält die Steuerschaltung Magnetwiderstandselemente (Feldplattenelemente) 220A und 220B (die in Fig. 2 und 3 mit 220 bezeichnet sind), Differenzverstärker 103 und 104, Vergleicher 105 und 106, einen Aufwärts/Abwärts-Taktgenerator 107 zum Erzeugen von Aufwärts- und Abwärts-Taktsignalen, einen Aufwärts/Abwärts-Zähler 108, einen Motorsteuersignalgenerator 109, eine Motortreiberschaltung 110, einen Lageerfassungszähler (Aufwärts/Abwärts-Zähler) 111, eine externe Steuereinheit 112, einen Drehzahlregelungs-Bezugssignalgenerator 113 und eine Motordrehzahlsteuereinheit 114. Die Funktion der Antriebsschaltung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 erläutert.
Gemäß der Darstellung in Fig. 4 (in der in Fig. 4A das Feldplattenelement 220A durch ausgezogene Linien dargestellt ist und das Element 220B durch gestrichelte Linien dargestellt ist, während die Fig. 4B zwar nur das Element 220A zeigt, das Element 220B aber die gleiche Gestaltung hat) sind in dem Feldplattenelement 220A vier Magnetwiderstandselemente r1 bis r4 entlang der Magnetpol-Reihungsrichtung des Codierers 224 angeordnet und gemäß Fig. 4B zu einer Brücke geschaltet, um eine Ausgangsspannung entsprechend einer Änderung des externen Magnetfelds zu erzeugen. Zwischen benachbarten der vier Elemente r1 bis r4 des Feldplattenelements 220A sind gemäß der Darstellung durch die gestrichelten Linien in Fig. 4A vier Elemente angeordnet, die das andere Feldplattenelement 220B bilden. Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Feldplattenelemente dem an der Motorwelle angebrachten magnetischen Codierer gegenübergesetzt sind, können entsprechend einer Magnetfeldänderung durch den magnetischen Codierer bei der Motordrehung Kurvenformen gemäß der Darstellung in Fig. 5 erzielt werden. Da die beiden Feldplattenelemente mit einer Phasendifferenz angeordnet sind, die einem Viertel einer Magnetisierungsperiode des magnetischen Codierers entspricht, gibt das eine Feldplattenelement (220A) eine in Fig. 5 mit 501 bezeichnete Kurvenform ab, während das andere Element (220B) eine in Fig. 5 mit 502 bezeichnete Kurvenform abgibt, die elektrisch um 90º versetzt ist. Diese Kurvenformen werden durch die Differenzverstärker 103 und 104 verstärkt und dann durch die Vergleicher 105 und 106 zu Rechtecksignalen geformt, die mit 503 (entsprechend 501) und 504 (entsprechend 502) bezeichnet sind. Die Rechtecksignale werden in den Aufwärts/Abwärts- Taktgenerator 107 eingegeben. Gemäß Fig. 6 enthält der Taktgenerator 107 zwei D-Flip-Flops 601 und 602 und hat zwei Eingangsanschlüsse 603 und 604 für die Aufnahme von Eingangssignalen A und B sowie zwei Ausgangsanschlüsse 605 und 606, nämlich einen Aufwärts-Ausgangsanschluß und einen Abwärts-Ausgangsanschluß. Der Taktgenerator 107 erzeugt entsprechend den Phasen der Eingangssignale A und B Aufwärts- oder Abwärts-Taktsignale, wie es nachfolgend beschrieben wird. Die Fig. 7 zeigt die Zusammenhänge zwischen Kurvenformen 603 und 604 der Signale A und B und Ausgangssignal-Kurvenformen der Ausgangssignale aus dem Aufwärts- und dem Abwärts-Ausgangsanschluß 605 und 606 (in Fig. 7 sind die Zeitabläufe bei der Aufwärts- bzw. Abwärtsrichtung durch zwei Pfeile dargestellt). Nimmt man an, daß bei der Aufwärtsrichtung in den Taktgenerator 107 die Signale A und B gemäß Fig. 7 eingegeben werden, so erscheinen an dem Aufwärts- bzw. Abwärtsausgangsanschluß zwei Kurvenformen, die in Fig. 7 mit 701 und 702 bezeichnet sind. Im einzelnen erscheint je Periode des magnetischen Codierers ein Impuls nur an dem Aufwärtsanschluß und an dem Abwärtsanschluß erscheint kein Ausgangssignal. Falls im Gegensatz dazu in den Taktgenerator 107 die Impulssignale A und B in der Abwärtsrichtung eingegeben werden, erscheinen an dem Aufwärts- bzw. Abwärtsanschluß Kurvenformen, die in Fig. 7 mit 703 und 704 bezeichnet sind. D.h., da die Phasenbeziehung zwischen den Signalen aus den beiden Feldplattenelementen in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Rotors (gemäß einem der beiden Pfeile in Fig. 7) bestimmt ist, wird von dem Aufwärts/Abwärts-Taktgenerator 107 ein Ausgangssignal abgegeben, das der Drehrichtung entspricht.
Diese Taktsignale werden in die beiden Aufwärts/Abwärts- Zähler 108 und 111 eingegeben. Der Aufwärts/Abwärts-Zähler 108 ist ein 5 Bit-Basis24-Zähler. Der Zähler 108 führt eine Aufwärts- oder Abwärtszählung entsprechend einem eingegebenen Aufwärts-Taktsignal 121 oder einem eingegebenen Abwärts- Taktsignal 122 aus und gibt an Ausgangsanschlüssen Ausgangssignale "0" bis "23" in Dezimalschreibweise als binäre 5-Bit-Signale aus (deren Bits jeweils mit B&sub0;, B&sub1;, B&sub2;, B&sub3; und B&sub4; bezeichnet sind). Die Ausgangssignale des Zählers 108 werden in den Motorsteuersignalgenerator 109 eingegeben.
Der Motorsteuersignalgenerator 109 enthält gemäß Fig. 8 vier digitale Vergleicher 801, 802, 803 und 804, einen Taktgenerator 805, einen Drehrichtungsumschalter 806 und eine Start/Stop-Steuereinheit 807.
Die digitalen Vergleicher 801 bis 804 erzeugen Taktsignale, wenn der gleiche Datenwert wie ein voreingestellter Wert eingegeben wird. Daher wird in jeden der vier digitalen Vergleicher einer der numerischen Werte "0" bis "23" in Dezimalschreibweise als binärer 5-Bit-Datenwert eingesetzt, so daß dann, wenn der Aufwärts/Abwärts-Zähler 108 einen vorbestimmten numerischen Wert anzeigt, die Vergleicher 801 bis 804 die entsprechenden Impulssignale abgeben können. Ausgangssignale 808, 809, 810 und 811 dieser vier digitalen Vergleicher werden in den Taktgenerator 805 eingegeben.
Der Taktgenerator 805 enthält gemäß Fig. 9 oder 10 zwei oder vier RS-Flip-Flops. In der folgenden Beschreibung ist angenommen, daß der in Fig. 9 gezeigte Taktgenerator verwendet wird und die mittels der digitalen Vergleicher zu vergleichenden Werte jeweils auf a = 0 (00000B), b = 6 (00110B), c = 12 (01100B) und d = 18 (10010B) eingestellt sind (wobei B die Binärschreibweise darstellt).
Die Start/Stop-Steuereinheit 807 ist gemäß Fig. 11 gestaltet und hat ODER-Glieder 1101 bis 1104 zur Aufnahme eines Start/Stop-Signals S/S aus der externen Steuereinheit 112 sowie von Signalen 816 bis 819.
Ein Signal 1301 nach Fig. 13A stellt ein in den Aufwärts/Abwärts-Zähler 108 eingegebenes (Aufwärts- oder Abwärts-) Taktsignal dar und die Zahl oberhalb der Kurvenform zeigt einen Zählwert des Zählers an (in Dezimalschreibweise). Wenn die voreingestellten Zählwerte 0, 6, 12 und 18 (in Dezimalschreibweise) sind, werden die von den digitalen Vergleichern 801, 802, 803 und 804 abgegebenen Impulssignale 808 bis 811 in entsprechende Anschlüsse a bis d des in Fig. 9 gezeigten Taktgenerators eingegeben. In diesem Fall werden aus den vier Ausgangsanschlüssen der beiden RS-Flip-Flops 901 und 902 als Signale 812, 813, 814 und 815 Taktsignale ausgegeben, die in Fig. 13A mit 1302, 1303, 1304 und 1305 bezeichnet sind. Im einzelnen sind diese Ausgangssignale eindeutig durch die Zählwerte "0" bis "23" (in Dezimalschreibweise) bestimmt.
Diese Signale 1302, 1303, 1304 und 1305 sind Erregungssignale für Zweiphasenwicklungen 2021 und 2031 und jeweils mit A, B, und bezeichnet. Die Signale A, B, und werden der Motortreiberschaltung 110 zugeführt, wodurch die Wicklungen 2021 und 2031 erregt werden.
Wenn die Eingangstaktsignale des Aufwärts/Abwärts-Zählers 108 "0" und "12" sind, wird die Erregungsrichtung der A- Phasen-Wicklung 2031 umgeschaltet, und wenn die Eingangstaktsignale des Aufwärts/Abwärts-Zählers 108 "6" und "18" sind, wird die Erregungsrichtung der B-Phasen-Wicklung 2021 umgeschaltet.
Betrachtet man eine Phase, so wird die Erregungsrichtung bei jeweils 12 Impulsen umgeschaltet, d.h., bei jeweils 180º el (elektrischer Winkel).
Die Erregungsumschaltzeit basiert auf dem Ausgangswert des Aufwärts/Abwärts-Zählers 108 in bezug auf die Lagen der Magnetpole des Rotors und der Statormagnetpole. Die Drehzahlregelung erfolgt folgendermaßen: Im einzelnen werden ein Rotordrehzahlsignal 120, das aus dem Ausgangssignal des einen Feldplattenelements 220B erhalten wird, und ein Signal 133 aus dem Drehzahlregelungs-Bezugssignalgenerator 112 verglichen und die Rotordrehzahl wird derart geregelt, daß die Differenz zwischen den Signalen unterdrückt wird. Wenn die Rotordrehzahl niedriger als eine voreingestellte Drehzahl ist (die durch das Drehzahlregelungs-Bezugssignal 133 dargestellt ist), wird durch eine Phasenkorrekturschaltung 115 und eine Spannungssteuereinheit 116 im Ansprechen auf ein Signal 134 aus dem Vergleicher (der Drehzahlsteuereinheit) 114 eine an die Wicklungen 2021 und 2031 angelegte Spannung in der Motortreiberschaltung 110 erhöht. Wenn die Rotordrehzahl höher als die voreingestellte Drehzahl ist, wird die angelegte Spannung verringert, um die Rotordrehzahl konstant zu halten.
Die durch die digitalen Vergleicher zu vergleichenden Werte können beliebig durch ein Steuersignal 130 aus der externen Steuereinheit 112 eingestellt werden.
Da im einzelnen bei diesem Ausführungsbeispiel die Codiererimpulse in Abschnitte von 12 Impulsen je Rotormagnetpol unterteilt sind, kann eine Erregungszeitversetzung von einer normalen weg eingestellt werden.
Die Fig. 13B veranschaulicht einen Fall, bei dem die Erregungszeit vorverlegt ist. In diesem Fall ist verglichen mit der normalen Erregungszeit (Fig. 13A) eine Phase vorverlegt.
Die Fig. 13C veranschaulicht einen Fall, bei dem eine Erregungszeit zurückverlegt ist. In diesem Fall ist im Vergleich zu der normalen Erregungszeit (Fig. 13A) die Phase verzögert.
Auf diese Weise kann durch Vorverlegen oder Verzögern einer Phase eine optimale Regelung ausgeführt werden, wenn die Rotordrehzahl infolge einer Beschleunigung oder Verlangsamung des Rotors oder einer Laständerung instabil ist.
Wenn die voreingestellten Werte der Vergleicher 801, 802, 803 und 804 jeweils a = 23, b = 5, c = 11 und d = 17 sind und die Vergleicherausgangssignale 808 bis 811 in den in Fig. 9 gezeigten Taktgenerator eingegeben werden, können auf diese Weise als Ausgangssignale 812 bis 815 des Taktgenerators 805 Signale mit Kurvenformen erhalten werden, deren Phasen jeweils um einen Eingangstaktimpuls vorverlegt sind und die in Fig. 13B mit 1307 bis 1310 bezeichnet sind. Auf ähnliche Weise können dann, wenn die voreingestellten Werte der Vergleicher jeweils a = 1, b = 7, c = 13 und d = 19 sind, die Ausgangssignale 812 bis 815 mit Kurvenformen erhalten werden, deren Phasen um jeweils einen Impuls verzögert sind und die in Fig. 13C mit 1312 bis 1315 bezeichnet sind. D.h., entsprechend dem externen Signal 130 können auf beliebige Weise aus dem Taktgenerator 805 die vier Ausgangssignale 812 bis 815 mit Phasen erhalten werden, die dem Zählwert des Aufwärts/Abwärts-Zählers entsprechen.
Das Ausgangssignalmuster des Taktgenerators 805 kann durch Ändern einer internen Gestaltung des Taktgenerators 805 verändert werden. Falls beispielsweise der in Fig. 10 gezeigte Taktgenerator verwendet wird, können im Ansprechen auf die Eingangssignale 808 bis 811 des Taktgenerators die Ausgangssignale 812 bis 815 mit den Kurvenformmustern A, B, und nach Fig. 14 erhalten werden. Gemäß der nachfolgenden Beschreibung entsprechen die aus dem Taktgenerator erhaltenen, in Fig. 13A bis 13C gezeigten Kurvenformmuster Signalen für das Betreiben eines Schrittmotors in einer Zweiphasen-Magnetisierungsbetriebsart. Die in Fig. 14 gezeigten Kurvenformmuster entsprechen Signalen für das Betreiben des Motors in einer Einphasen-Magnetisierungsbetriebsart.
Die Ausgangssignale 812 bis 815 des Taktgenerators werden in den in Fig. 8 gezeigten Drehrichtungsumschalter 806 eingegeben. Der Drehrichtungsumschalter 806 enthält vier Multiplexer und gibt die Eingangssignale selektiv entsprechend einem Motordrehrichtungs-Anzeigesignal 129 aus der externen Steuereinheit 112 ab. Beispielsweise werden durch ein Signal 128 aus der externen Steuereinheit 112 die Ausgangssignale 124 bis 127 aus den ODER-Gliedern auf den hohen Pegel gelegt, wodurch der Motor angehalten wird.
Nach Fig. 1 leitet die Motortreiberschaltung 110 einen Strom über die Wicklungen 2021 und 2031 aus den Leiterdrähten 209, die an den beiden Statoren 202 und 203 angebracht sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Treiberschaltung eine bipolare Treiberschaltung. Die Motortreiberschaltung 110 dreht den Motor entsprechend den Ausgangssignalen 124 bis 127 des Motorsteuersignalgenerators 109 in Vorwärts- oder Gegenrichtung. Der Aufwärts/Abwärts-Zähler 111 ist für die Drehzahlregelung des Motors eingesetzt. Die externe Steuereinheit 112 steuert den Motorsteuersignalgenerator 109 gemäß den Zähldaten aus dem Zähler 111, wodurch die Drehzahl des Motors geregelt wird.
Es ist anzumerken, daß die Stellung des Rotors durch Zählen des Signals aus dem Magnetfeldsensor (Feldplattenelement) 220 mittels der Aufwärts/Abwärts-Zähler 108 und 111 erfaßt werden kann. Auf die Einschaltung (Anfangseinstellung) vor dem Betreiben des Motors hin wird als ein Anfangszustand eine Lage eingestellt, bei der die Magnetpole des Rotors und des Stators einander gegenüberstehen, und die Ausgangssignale der Aufwärts/Abwärts-Zähler 108 und 111 werden auf 0 rückgesetzt. Danach ist diese Einstellung wirksam, solange ein Stromversorgungsschalter nicht ausgeschaltet wird, selbst wenn der Motor angehalten wird.
Im einzelnen wird eine Phase der zweiphasigen Wicklungen 2021 und 2031 in einer vorgegebenen Richtung erregt. In diesem Fall steht der Magnetpol der erregten Statorphase demjenigen des Rotormagneten gegenüber. Zu diesem Zeitpunkt werden aus der externen Steuereinheit 112 Rücksetzsignale 131 und 132 zum Rücksetzen der Ausgangssignale der Aufwärts/Abwärts-Zähler 108 und 111 auf 0 zugeführt. Durch diesen Vorgang kann bezüglich eines Punktes der Gegenüberstellung der Magnetpole des Rotors und des Stators ein Lagedatensignal erhalten werden, das einer auf 1/12 geteilten Stellung des Rotors entspricht. Außerdem kann die Rotorstellung aus den Ausgangswerten der Aufwärts/Abwärts-Zähler 108 und 111 ermittelt werden, was das Schalten der Erregung der Wicklungen ermöglicht.
Wenn der in Fig. 10 gezeigte Taktgenerator verwendet wird, kann eine in Fig. 14 dargestellte Erregungszeitsteuerung erreicht werden. Die Fig. 14 zeigt eine Codiererausgangssignalkurvenform 1401 und für die zweiphasigen Wicklungen 2021 und 2031 Erregungszustände 1402, 1403, 1404 und 1405, die jeweils mit A, B, und bezeichnet sind. In diesem Fall wird die Erregungsrichtung der A-Phasen-Wicklung umgeschaltet, wenn die Ausgangssignale des Aufwärts/Abwärts-Zählers 108 jeweils 0, 6, 12 und 18 sind, und die Erregungsrichtung der B-Phasen-Wicklung wird umgeschaltet, wenn die Ausgangssignale des Aufwärts/Abwärts-Zählers 108 jeweils 0, 6, 12 und 18 sind.
In diesem Fall wird die Erregungsrichtung bei jeweils 90º el umgeschaltet. Dieses Erregungsverfahren ist das gleiche wie ein Verfahren zur einphasigen Magnetisierung mit Bipolaransteuerung.
Da verglichen mit dem vorangehend beschriebenen Verfahren zum Erregen über jeweils 180º die Erregungsdauer verkürzt ist, sind die über die Wicklungen fließenden Ströme auf die Hälfte verringert. Die erzielten Drehmomente werden jedoch zu ungefähr 1/ 2. Dies gilt auch für den Vergleich zwischen der Zweiphasen- und der Einphasen-Magnetisierungsbetriebsart bei einem normalen Motor und diese Betriebsarten können in Abhängigkeit von den Antriebsbedingungen und dergleichen selektiv angewandt werden. Bei dem Verfahren zum Erregen über jeweils 90º kann die Phase der Erregungsdauer leicht auf die vorangehend beschriebene Art geändert werden (siehe Fig. 14).
Es ist anzumerken, daß gemäß Fig. 12 vier Wicklungen 1201, 1202, 1203 und 1204 verwendet werden und aus dem in Fig. 1 gezeigten Motorsteuersignalgenerator 109 vier Steuersignale 124, 125, 126 und 127 angelegt werden, so daß der in Fig. 2 und 3 gezeigte Motor einpolig angesteuert werden kann. Es wird das gleiche Steuersignal-Erregungsverfahren wie bei dem Verfahren zur zweipoligen Ansteuerung (Fig. 1) angewandt. Diese Verfahren können selektiv in Abhängig von den Antriebsbedingungen und dergleichen angewandt werden.
Gemäß der vorangehenden Beschreibung erfolgt das Erfassen der Rotorstellung durch ein im Vergleich zu der Anzahl der Magnetpole des Rotors auf 1/12 geteiltes Codierersignal je Pol, so daß die Drehzahlregelung des Motors stabil sein kann, wodurch eine optimale Regelung erzielt wird. Da außerdem die Codierersignale gezählt werden, kann die Erregungszeit auf genaue Weise geschaltet werden. Es kann die Winkelstellung des Rotors erfaßt werden und auch eine Lagesteuerung vorgenommen werden.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung der Funktion wird die Rotorstellung von der Kombination aus dem Codierer und den Feldplattenelementen ausgehend überwacht und das Magnetisierungsmuster umgeschaltet, wenn die Magnetpole des Stators und des Rotors miteinander übereinstimmen. Daher werden die Eigenschaften eines herkömmlichen Schrittmotors unterdrückt und die Gleichstrommotor-Eigenschaften herbeigeführt. Wenn eine Ansteuerungsschaltung abgeändert wird, ist auch ein Schrittmotorbetrieb anwendbar. Die Fig. 15 zeigt eine Ansteuerungsschaltung hierfür. In dieser Schaltung sind der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ein Magnetisierungsmustergenerator 1501 und ein Signalumschalter 1502 hinzugefügt.
Synchron mit einem Ansteuerungstaktsignal 1507 aus der externen Steuereinheit 112 gibt der Magnetisierungsmustergenerator 1501 Magnetisierungssignale 1503, 1504, 1505 und 1506 für den Zweiphasen-Schrittmotor ab. Entsprechend einem Drehrichtungssignal 1508 und einem Magnetisierungsart- Schaltsigrial 1509 aus der externen Steuereinheit 112 kann die Richtung eines Musters umgeschaltet werden und es können ein einphasiges und ein zweiphasiges Magnetisierungsmuster abgegeben werden. Das einphasige Magnetisierungsmuster entspricht den in Fig. 14 gezeigten vier Kurvenformen 1402 bis 1405 und das zweiphasige Magnetisierungsmuster entspricht den in Fig. 13A gezeigten vier Kurvenformen.
Der Signalumschalter 1502 enthält beispielsweise einen Datenwähler und schaltet zwischen den Ausgangssignalen 124, 125, 126 und 127 aus dem Motorsteuersignalgenerator 109 und den Ausgangssignalen 1503, 1504, 1505 und 1506 aus dem Magnetisierungsmustergenerator 1501 um. Im einzelnen wählt der Signalumschalter 1502 die ersteren Signale gemäß einem Ansteuerungsschaltsignal 1510 aus der externen Steuereinheit 112, um einen Gleichstrommotorbetrieb herbeizuführen, und die letzteren Signale, um einen Schrittmotorbetrieb herbeizuführen. Dies kann ein Beispiel für die Anfangseinstellung des vorangehend beschriebenen Zählers für den Motor sein. Im einzelnen erfolgt die Anfangseinstellung des Zählers durch Magnetisieren einer Phase des Zweiphasenmotors. Dies kann leicht durch Einstellen des Antriebsmotors in eine Schrittbetriebsart und Wählen des einphasigen Magnetisierungsmusters erreicht werden.
Die Fig. 16 ist eine Schnittansicht, die eine andere Konstruktion des Motors zeigt. Nach Fig. 16 enthält ein Motor 250, der Hybrid-Schrittmotoraufbau mit einem magnetischen Codierer hat, eine Drehwelle 214, einen Rotor 251, der an der Drehwelle 214 befestigt ist und an dem am Umfang eines durch Übereinandersetzen von Magneten gebildeten Magnetteils 100 Magnetpolzähne ausgebildet sind, einen Stator 252 mit einer Magnetpolzähneschicht an einer dem Rotor zugewandten Fläche, eine außerhalb des Stators angeordnete vielphasige Wicklung 253, einen magnetischen Codierer 254, der an der Drehwelle 214 angebracht ist und dessen Umfangsrandbereich zu 500 Polen am Umfang magnetisiert ist, den gleichen Magnetfeldsensor 220 wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel in einer dem Umfangsrandbereich des Godierers 254 gegenübergesetzten Lage und ein Befestigungsteil 222 für den Sensor 220.
Bei dem Motor mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird die in Fig. 1 gezeigte Antriebssteuerschaltung verwendet, so daß sich eine genaue Ausrichtung erübrigt, die erforderlich wäre, wenn wie bei einem herkömmlichen Hall-Element und anderen Codierern die Ausgangsimpulsanzahl und die Anzahl der Rotormagnetpole 1:1-Übereinstimmung hätten. Daher kann der Hybrid-Schrittmotor leicht als bürstenloser Gleichstrommotor benutzt werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde ein Motor als ein Beispiel dargestellt, bei dem ein Codierer mit einer Polanzahl, die einem ganzzahligen Vielfachen der Anzahl der Pole eines Rotormagneten ist, in einem Motor mit PM-Schrittmotoraufbau oder Hybrid-Schrittmotoraufbau angeordnet ist. Die Erfindung kann auch angewandt werden, wenn der Motor strukturell ein herkömmlicher bürstenloser Motor ist.
Gemäß Fig. 17 ist an einem Rotor ein vielphasig magnetisierter Magnet 1707 an einer flachen Scheibe 1704 angebracht und der Rotor ist an einer Drehwelle 1706 befestigt. An einem dem Rotor gegenübergesetzten Stator 1705 ist eine Wicklung 1708 angeordnet. Am Umfangsrandbereich des Rotors ist ein magnetischer Codierer 1702 angebracht. An dem Stator 1705 ist dem magnetischen Codierer 1702 gegenübergesetzt ein Magnetfeldsensor (Feldplattenelement) 1701 angebracht. An dem Stator 1705 ist ein Lager 1709 befestigt. Eine solche Konstruktion ist ein sog. bürstenloser Flachformmotor.
Die Fig. 18 zeigt einen sog. bürstenlosen Außenläufermotor. An einem Stator ist durch Lager 1809 eine Welle 1806 gelagert und an dem Stator ist ein Statorkern 1811 ausgebildet, um den eine vielphasige Wicklung 1808 gewickelt ist. An der Welle 1806 ist ein Joch 1804 befestigt, an dessen Außenfläche ein magnetischer Codierer 1802 angebracht ist, der eine größere Anzahl von Magnetpolen als ein Magnet 1807 hat. An dem Stator ist dem magnetischen Codierer 1802 gegenübergesetzt ein Magnetfeldsensor (Feldplattenelement) 1801 angeordnet.
Gemäß Fig. 19, 20 und 21 wird für das Erfassen der Drehung des Rotors statt eines magnetischen Sensors eine Lichtschranke verwendet. Die Fig. 19 ist eine perspektivische Ansicht und die Fig. 20 und 21 sind Schnittansichten.
Dieser Motor hat folgenden Aufbau: An einem Motorkörper 2005 ist eine Lichtschranke 2004 angebracht und an einer Drehwelle 2009 ist eine Schlitzscheibe 2002 befestigt. Außerdem ist um die Schlitzscheibe 2002 herum eine Abdeckung 2003 angebracht. Die anderen Gestaltungen sind die gleichen wie die in Fig. 2 und 3 gezeigten. Die Anzahl der Schlitze der Schlitzscheibe 2002 ist größer als die Anzahl der Magnetpole des Rotors. Demgemäß können aus der Lichtschranke auf einfache Weise je Umdrehung Signale in einer Impulsanzahl erhalten werden, die größer als die Anzahl der Magnetpole des Rotors ist. Außerdem können auch auf einfache Weise zwei Signale mit einer Phasendifferenz von 90º el erhalten werden.
Die Fig. 20 zeigt eine Konstruktion, bei der nach der Lichtschranke 2004 in dem mit einem Lager 2007 versehenen Motorkörper die Schlitzscheibe 2002 und ein Schlitzscheibenbefestigungsteil 2001 angebracht werden und dann an dem Motorkörper 2005 die Abdeckung 2003 angebracht wird, die ein Lager 2006 enthält.
Die Fig. 21 zeigt eine Konstruktion, bei der die Lichtschranke 2004, die Schlitzscheibe 2002 und das Schlitzscheibenbefestigungsteil 2001 an dem Motorkörper 2005 angebracht werden und dann an der sich ergebenden Einheit die Abdeckung 2003 angebracht wird.
Diese Konstruktionen können entsprechend einem Verfahren zur Herstellung eines Motors gewählt werden.
Die Fig. 22A bis 22C zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß Fig. 22B und 22G hat ein Motorkörper 2209 den gleichen Aufbau wie der in Fig. 2 und 3 gezeigte. An dem unteren Endabschnitt einer Welle 2203 ist ein Codierer 2205 angebracht. Der Codierer 2205 enthält einen Magneten, der mit einer Anzahl von Magnetpolen magnetisiert ist, die größer als die Anzahl der Magnetpole eines Rotors ist. An einer dem Codierer 2205 gegenübergesetzten Stelle ist ein Substrat 2207 aus einem flexiblen Material angeordnet, auf dem zwei Leiterbahnen 2201 und 2202 gemäß der Darstellung in Fig. 22A ausgebildet sind. Das Substrat 2207 ist an der Innenseite eines Gehäuses 2208 angebracht, das an dem Motorkörper 2209 befestigt ist. Die Leiterbahnen 2201 und 2202 bilden gemäß Fig. 22A ein zusammenhängendes Rechteck-Wicklungsmuster, dessen Rechtecke a1, a2,...., an bzw. b1, b2, ... bn um 1/4 Teilungsabstand gegeneinander versetzt sind.
Mit dieser Gestaltung können von beiden Enden der beiden Leiterbahnen 2201 und 2202 Codierersignale mit einer Phasendifferenz von 90º el erhalten werden. Das Prinzip der Erzeugung der Signale ist das gleiche wie bei einem normalen Tachogenerator und die Anzahl der Rechtecke wird auf geeignete Weise derart geändert, daß ein erwünschter Signalspannungspegel erzielt wird. Die Anzahl der Magnetpole des Codierers 2205 kann so angesetzt werden, daß sie gleich einer erwünschten Signalimpulsanzahl ist.
Die vorstehende Beschreibung zeigt folgendes:
1. Da ein Element zum Erfassen der Rotorstellung wie ein Hall-Element weggelassen werden kann, ist die Teileanzahl verringert.
2. Während des Zusammenbaus ist keine Ausrichtung zwischen einem Stellungserfassungselement und einem Statormagnetpol erforderlich. Außerdem ist auch keine Ausrichtung zwischen einem Codierermagnetpol und einem Rotormagnetpol erforderlich.
3. Da die Wicklungserregung optimal entsprechend einer Beschleunigung, einer Verlangsamung, einer Drehung mit niedriger Drehzahl und Belastungsbedingungen geschaltet werden kann, kann die maximale Motorleistung erzielt werden.
4. Die Drehrichtung kann erfaßt werden.
5. Ein bürstenloser Gleichstrommotor kann wie bei einem Schrittmotor beliebig zwischen 180º- und 90º-Erregungsbetriebsart, d.h., zweiphasiger, einphasiger und ein/zweiphasiger Erregungsbetriebsart umgeschaltet werden.
6. Falls in einem Motor mit Hybrid-Schrittmotoraufbau die Anzahl von Magnetpolen eines Rotors 100 ist, wird eine Drehregelung gemäß einem Drehungserfassungssignal für den Rotor ausgeführt, das mittels eines vielphasig magnetisierten magnetischen Codierers (500 Impulse/Umfang) und eines Feldplattenelementsensors erhalten wird, so daß ein Hybrid- Schrittmotor als bürstenloser Gleichstrommotor eingesetzt werden kann, was bei einem herkömmlichen Motor unmöglich ist, da eine genaue Ausrichtung eines Sensors erforderlich ist.
Die Fig. 23 bis 28 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel ergibt eine Schaltungsanordnung, mit der eine durch elektrische Störungen verursachte fehlerhafte Funktion der digitalen Vergleicher (801 bis 804) und des Taktgenerators (805) in dem Motorsteuersignalgenerator (Fig. 8) bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel verhindert werden kann.
Die digitalen Vergleicher (801 bis 804) bei dem ersten Ausführungsbeispiel können eine in Fig. 23 gezeigte Anordnung haben. Ein in Fig. 23 gezeigter digitaler Vergleicher enthält einen Vergleichsdatenzähler 880, in den im Ansprechen auf ein externes Signal 130 Vergleichsdaten (A&sub0; bis A&sub4;) eingesetzt werden, und einen Vergleicher 881. Der Vergleicher 881 vergleicht Eingangssignale (B&sub0; bis B&sub4;) aus dem Aufwärts/Abwärts-Zähler 108 mit Eingangssignalen (A&sub0; bis A&sub4;) aus dem Datenzähler 880. Wenn A = B ist, gibt der Vergleicher 881 an den entsprechenden Ausgangsanschlüssen (808 bis 811) Signale niedrigen Pegels ab; wenn A von B verschieden ist, gibt er Signale hohen Pegels ab.
Die Fig. 24 zeigt Kurvenformen von Ausgangssignalen an den Ausgangsanschlüssen 808 bis 811 von einem der in Fig. 23 gezeigten digitalen Vergleicher 801 bis 804. Die Signale mit den in Fig. 24 gezeigten Kurvenformen werden in den in Fig. 9 gezeigten Taktgenerator 805 eingegeben. Der Taktgenerator 805 enthält zwei Flip-Flops. Wenn Signale mit regelmäßiger Kurvenform gemäß Fig. 24 in diese Flip-Flops eingegeben werden, werden sie normal betrieben und geben Signale mit in Fig. 13A gezeigten Kurvenformen ab. Wenn jedoch ein erfindungsgemäßer Motor in einen Drucker oder ein Kopiergerät eingebaut wird, ist der Motor Störungen ausgesetzt, die durch einen Druckvorgang des Druckers oder durch elektrische Störungen aus jeweiligen Abschnitten des Kopiergeräts verursacht sind. Die elektrische Störung tritt in den Ausgangssignalkurvenformen der in Fig. 23 gezeigten digitalen Vergleicher als Störsignal in Erscheinung. Aus diesem Grund kann der in Fig. 9 gezeigte Taktgenerator 805 mit den Flip- Flops keine Signale mit den in Fig. 13A gezeigten regelmässigen Kurvenformen abgeben.
Die Fig. 25 bis 27 zeigen eine Anordnung, bei der eine Gegenmaßnahme gegen elektrische Störungen getroffen ist. Die Fig. 25 zeigt einen von digitalen Vergleichern 801' bis 804', die bei dieser Anordnung eingesetzt werden. Der Vergleicher 801' enthält einen Vergleicher 881', der Eingangssignale (B&sub0; bis B&sub4;) aus dem Aufwärts/Abwärts-Zähler 108 und Signale A&sub0; bis A&sub4; aus dem Vergleichsdatenzähler 880 aufnimmt und die Signale A und B vergleicht. Wenn A > B ist, gibt der Vergleicher 881' Signale hohen Pege]s ab; wenn A < B ist, gibt er Signale niedrigen Pegels ab. Jeder der digitalen Vergleicher 801' bis 804' bei dieser Anordnung vergleicht die Signale A und B und gibt Ausgangssignale 808' bis 811' mit in Fig. 26 gezeigten Kurvenformen ab. Ein in Fig. 27 gezeigter Taktgenerator 805' enthält Antivalenzglieder 901 und 902 und Inverter 903 und 904. Ausgangssignale 812 bis 815 des Taktgenerators 805' haben Kurvenformen, die gleich den in Fig. 13B gezeigten Kurvenformen 1307 bis 1310 sind. Wenn die vorstehend beschriebenen Anordnungen, nämlich der in Fig. 25 gezeigte digitale Vergleicher und der in Fig. 27 gezeigte Taktgenerator eingesetzt werden, werden die Ausgangssignale des Taktgenerators nicht durch elektrische Störungen beeinträchtigt.
Der in Fig. 9 gezeigte Taktgenerator wird für die zweiphasige Ansteuerung verwendet. Der in Fig. 10 gezeigte Taktgenerator wird für eine einphasige Ansteuerung verwendet. Da in diesem Fall der in Fig. 10 gezeigte Taktgenerator Flip-Flops enthält, wird er durch externe elektrische Störungen nachteilig beeinflußt.
Die Fig. 28 zeigt einen Taktgenerator für die einphasige Ansteuerung, bei dem eine Gegenmaßnahme gegen elektrische Störungen getroffen ist. Der in- Fig. 28 gezeigte Taktgenerator enthält Antivalenzglieder 1001 bis 1004. Die Ausgangssignalkurvenformen von Ausgangssignalen 812 bis 815 des in Fig. 28 gezeigten Taktgenerators entsprechen den in Fig. 14 dargestellten Kurvenformen 1402 bis 1405.
Die Fig. 29 und 30 zeigen eine Verbesserung des in Fig. 6 gezeigten Aufwärts/Abwärts-Taktgenerators.
Der in Fig. 6 gezeigte Aufwärts/Abwärts-Taktgenerator 107 enthält die beiden Flip-Flops 601 und 602. In der in Fig. 6 gezeigten Schaltung wird die Kurvenform eines Signals zur Zählung in Aufwärts- oder Abwärtsrichtung im Ansprechen auf die Vorderflanke des in Fig. 7 gezeigten Signals 604 oder 603 geschaltet. Daher unterscheiden sich die Signalschaltzeiten in Aufwärts- und Abwärtsrichtung voneinander durch eine Verschiebung der Impulsbreite der Eingangssignale A und B. Die Flip-Flops 601 und 602 des Aufwärts/Abwärts- Taktgenerators werden leicht durch Ein- und Ausschalten infolge externer elektrischer Störungen beeinflußt und verursachen einen Fehler hinsichtlich der Aufwärts- und Abwärts-Taktsignale. Bei der Gestaltung gemäß Fig. 29 und 30 werden Signale in die Flip-Flops für das Umschalten zwischen Aufwärts- und Abwärtsrichtung durch Steuern von Schieberegistern und Taktimpulsen eingegeben, wodurch das vorstehend genannte Problem gelöst wird.
Ein Aufwärts/Abwärts-Taktgenerator 107 ist gemäß der Darstellung in Fig. 29 gestaltet und hat einen Externtaktanschluß 601, zwei Eingangsanschlüsse 602 und 604 zur Aufnahme von Eingangssignalen A und B und zwei Ausgangsanschlüsse 608 und 609 für Aufwärts- und Abwärtstaktsignale. Der Generator 107 erzeugt die Aufwärts- oder Abwärtstaktsignale synchron mit einem externen Taktsignal entsprechend einer Phasenbeziehung zwischen den Eingangssignalen A und B, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Die Fig. 30 zeigt den Zusammenhang zwischen dem externen Taktsignal 601 (dessen Impulsbreite in Fig. 30 größer als eine tatsächliche dargestellt ist), Kurvenformen 602 und 604 der Signale A und B und Kurvenformen 608 und 609 des Aufwärts- bzw. Abwärts-Ausgangssignals. Es ist anzumerken, daß in Fig. 30 der Zeitablauf bei der Aufwärts- und Abwärtsrichtung durch zwei Pfeile dargestellt ist.
Ein Aufwärts/Abwärts-Taktsignal wird unabhängig von der Drehrichtung am gleichen Punkt eines Codierers erzeugt. Ein Taktsignal wird bei der Aufwärtsrichtung im Ansprechen auf die Vorderflanke des Signals A und bei der Abwärtsrichtung im Ansprechen auf die Rückflanke des Signals A erzeugt.
Ein in Fig. 29 gezeigtes Schieberegister 612 erfaßt synchron mit dem externen Taktsignal die Vorderflanke des Signals A und ein Schieberegister 613 erfaßt synchron mit dem externen Taktsignal die Rückflanke des Signals A. Diese Schieberegister geben dann an entsprechenden Ausgangsanschlüssen QA Taktsignale (Signale 606A und 606B) ab. In diesem Fall wird durch Flip-Flops 610 und 611 das externe Taktsignal derart gesteuert, daß bei der Aufwärtsrichtung nur das Schieberegister 612 und bei der Abwärtsrichtung nur das Schieberegister 613 betrieben wird. Die Schieberegister 612 und 613 werden entsprechend der Drehrichtung synchron mit dem externen Taktsignal betrieben und geben an anderen Ausgangsanschlüssen QC Verschiebungssignale 607A und 607B ab. Dann wird durch ein an die Ausgänge des Schieberegisters angeschlossenes Flip-Flop eine Differenz zwischen den Signalen QA und QC berechnet, wodurch damit das Aufwärts- bzw. Abwärtstaktsignal 608 bzw. 609 erhalten wird.
Da diese Taktsignale mit dem externen Taktsignal 601 synchron sind, kann die Impulsbreite des Aufwärts/Abwärts- Taktsignals auf beliebige Weise durch Ändern der Frequenz des externen Taktsignals oder durch Abnehmen des Ausgangssignals des Schieberegisters 612 oder 613 von einem anderen Anschluß eingestellt werden. Die Impulsbreite wird vorzugsweise, im Bereich von einigen us bis zu einigen 100 us eingestellt, um das Aufwärts- oder Abwärtstaktsignal auf genaue Weise abzuleiten, wenn ein Motor wiederholt in Vorwärts- und Gegendrehung vibriert. Da die Schieberegister 612 und 613 die Vorderflanke und die Rückflanke des Signals A synchron mit dem externen Taktsignal erfassen, kann eine Verzögerungszeit entstehen, die maximal einer Taktimpulsbreite entspricht. Zum Ausschalten der Einwirkung dieser Abweichung wird die Taktimpulsbreite vorzugsweise wie vorstehend beschrieben eingestellt.
Im einzelnen erscheinen dann, wenn bei der Aufwärtsrichtung nach Fig. 30 in den Taktgenerator 107 die Signale A und B eingegeben werden, an den Aufwärts/Abwärts-Ausgangsanschlüssen zwei Kurvenformen, die mit 608 und 609 bezeichnet sind (rechte Hälfte in Fig. 30). D.h., an dem Aufwärtsanschluß erscheint ein der Drehung des magnetischen Codierers entsprechendes Impulssignal und an dem Abwärtsanschluß erscheint kein Ausgangssignal. Wenn die Impulssignale A und B bei der Abwärtsrichtung nach Fig. 30 eingegeben werden, erscheinen an dem Aufwärts- und an dem Abwärtsanschluß Kurvenformen, die mit 608 und 609 bezeichnet sind (linke Hälfte in Fig. 30). D.h., da entsprechend der Drehrichtung des Rotors die Phasenbeziehung der Signale aus den beiden Feldplattenelementen durch einen der beiden in Fig. 30 gezeigten Pfeile bestimmt ist, wird von dem Aufwärts/Abwärts-Taktgenerator 107 das Ausgangssignal entsprechend der Drehrichtung abgegeben.
Der vorstehend beschriebene Aufwärts/Abwärts-Taktgenerator kann allein durch eine logische Schaltung gebildet werden, die weder Widerstände noch Kondensatoren enthält. Daher kann der Aufwärts/Abwärts-Taktgenerator durch Herstellen einer integrierten Sonderzweck-Schaltung sehr klein gestaltet werden. Da der Taktgenerator nicht leicht durch eine Änderung der Umgebungsbedingungen beeinflußt wird, können stabile Taktausgangssignale erhalten werden.
In der mit dieser Erfindung offenbarten Motorregeleinrichtung werden auf die Drehung eines Rotors hin die Ausgangssignale eines Codierers gezählt und es wird die Erregungsumschaltung einer Motorwicklung vorgenommen, wenn der Zählwert einen Wert erreicht, der durch eine externe Steuereinrichtung eingestellt wird.

Claims

1. Regeleinrichtung für einen Elektromotor (201) mit

einer Statoreinheit (204),

einem Rotor (211) mit einer Vielzahl von Magnetpolen und einem an dem Rotor (211) befestigten Codierer (219) mit einer Vielzahl von durch einen Sensor (220) zu erfassenden Bereichen (224), wobei die Anzahl der durch den Sensor (220) zu erfassenden Codiererbereiche (224) größer als die Anzahl der Magnetpole des Rotors (211) ist, wobei die Regeleinrichtung

eine Impulsformereinrichtung (103 bis 107) zum Umsetzen eines von dem Sensor (220) auf die Drehung des Rotors (211) hin erzeugten Ausgangssignals (501, 502) in ein Impulssignal (701 bis 704),

einen Aufwärts/Abwärts-Zähler (108) zum Zählen des Impulssignals (701 bis 704) der Impulsformereinrichtung (103 bis 107) und

eine Motorsteuereinrichtung (109, 110) zum Vergleichen des Signalzählstands des Aufwärts/Abwärts-Zählers (108) mit einem eingestellten Wert und zum Steuern des einer Wicklung der Statoreinheit (204) zugeführten elektrischen Stroms entsprechend dem Ergebnis dieses Vergleichs aufweist, gekennzeichnet durch eine externe Steuereinrichtung (112) zum selektiven Einstellen des Wertes, wobei die Motorsteuereinrichtung (109, 110) den mittels der externen Steuereinrichtung (112) eingestellten Wert mit dem Signalzählstand des Aufwärts/Abwärts-Zählers (108) vergleicht.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorsteuereinrichtung (109, 110) einen Motorsteuersignalgenerator (109) enthält, der mindestens einen Vergleicher (801 bis 804) zum Vergleichen des Signalzählstands des Aufwärts/Abwärts-Zählers (108) mit dem eingestellten Wert und einen Taktgenerator (805) aufweist, der ein Ausgangssignal des Vergleichers (801 bis 804) aufnimmt und ein Ausgangssignal (124 bis 127) abgibt, das zum Steuern der Erregung der Wicklung (209) der Statoreinheit (204) geeignet ist.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgenerator (805) aus einer Vielzahl von Antivalenzgliedern (901, 902; 1001 bis 1004) gebildet ist.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen Magnetisierungsmustergenerator (1501), der ein Ansteuerungstaktsignal (1507) aus der externen Steuereinrichtung (112) aufnimmt und in Übereinstimmung mit diesem ein weiteres Ausgangssignal (1503 bis 1506) abgibt, das für das Steuern der Erregung der Wicklung (209) der Statoreinheit (204) geeignet ist, und einen durch ein Signal (1510) aus der externen Steuereinrichtung (112) gesteuerten Signalumschalter (1502) zum Wählen des Ausgangssignals aus dem Motorsteuersignalgenerator (109) oder des Ausgangssignals aus dem Magnetisierungsmustergenerator (1501) für das Steuern der Erregung der Wicklung (209) der Statoreinheit (204), wodurch entweder ein Gleichstrommotorbetrieb oder ein Schrittmotorbetrieb wählbar ist.

5. Regeleinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsformereinrichtung (103 bis 107) einen Vergleicher (105, 106) zum Umsetzen des von dem Sensor (220) erzeugten Ausgangssignals in ein Impulssignal und einen Aufwärts/Abwärts-Taktgenerator (107) zum Erzeugen eines Aufwärtstaktsignals oder eines Abwärtstaktsignals (608, 609) in Übereinstimmung mit der Drehrichtung des Rotors enthält, wobei der Aufwärts/Abwärts-Taktgenerator (107) eine Flip-Flop-Schaltung (610, 611) zum Aufnehmen des Impulssignals aus dem Vergleicher (105, 106) und ein Schieberegister (612, 613) zum Aufnehmen des Signals aus der Flip-Flop-Schaltung (610, 611) und eines externen Taktsignals (601) hat.