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Die vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand ein Verfahren zum
Steuern eines Schrittmotors mit einer Spule und einem Rotor, der einen
mit der Spule magnetisch gekoppelten Permanentmagneten enthält, welches
Verfahren das Anlegen eines Antriebsimpulses an die Spule jedesmal dann
umfaßt, wenn der Rotor um einen Schritt drehen muß und die Messung der
Größe der mechanischen Energie umfaßt, die von dem Motor während des
Antriebsimpulses geliefert wird, welche Messung auf einer Bestimmung
dieser mechanischen Energie, ausgehend von Werten der Spannung und des
Stromes, angelegt an die Motorspule, basiert.
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Sie hat auch zum Gegenstand eine Vorrichtung für die
Ausführung dieses Verfahrens.
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Die Mehrzahl der gegenwärtig in Vorrichtungen geringer
Abmessungen, wie Zeitmeßeräten, eingesetzten Schrittmotoren wird von
Antriebsimpulsen angesteuert, die eine feste Dauer aufweisen, hinreichend
lang, daß der Rotor dieser Motoren um einen Schritt in Reaktion auf
jeden dieser Impulse dreht, selbst dann, wenn das Widerstandsmoment, das
auf den Rotor wirkt, gleich dem maximalen Moment ist, das diese Motoren
liefern können.
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Diese Art der Ansteuerung dieser Schrittmotoren ist sehr
einfach und erfordert keine komplizierten Mittel für die Durchführung.
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Wenn jedoch ein Schrittmotor in dieser Weise gesteuert wird,
verbraucht er eine hohe Quantität an elektrischer Energie als reinem
Verlust, weil während der großen Mehrzahl der Antriebsimpulse das auf
den Rotor wirkende Widerstandsmoment viel geringer ist als das maximale
Moment, das er liefern kann.
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Ferner ist die Funktionssicherheit eines Schrittmotors, der
auf diese einfache Weise angesteuert wird, nicht sehr hoch, weil die
Antriebsimpulse, die er empfängt, in bestimmten Fällen eine Drehung seines
Rotors um mehr als einen Schritt hervorrufen können oder sogar die
Rückkehr des Rotors in seine Ausgangsposition.
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Um die Nutzlebensdauer von Batterien zu steigern, welche
elektrische Energie liefern, die erforderlich ist für das Funktionieren der
oben erwähnten Vorrichtungen, hat man zahlreiche Verfahren
vorgeschlagen, die auf das Herabsetzen der elektrischen Energiegröße abzielen,
welche von diesen Motoren verbraucht werden, indem indirekt während
jedes Antriebsimpulses das Widerstandsmoment gemessen wird, das an dem
Rotor anliegt, und um diesen Antriebsimpuls in Abhängigkeit von diesem Maß
zu unterbrechen.
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So beschreibt beispielsweise das Patent US-A-4 772 840 ein
solches Ansteuerungsverfahren eines Schrittmotors. Gemäß diesem
Verfahren wird die mechanische, von diesem Motor gelieferte Energie während
jedes Antriebsimpulses gemessen wie auch die Zeit, die von dieser
mechanischen Energie benötigt wird, um einen Referenzwert zu erreichen,
welche Zeit abhängt vom Widerstandsmoment, das an dem Rotor dieses Motors
während dieses Antriebsimpulses anliegt.
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Die optimale Dauer des Antriebsimpulses wird bestimmt in
Abhängigkeit von dieser gemessenen Zeit, und dieser Antriebsimpuls wird am
Ende dieser optimalen Dauer unterbrochen.
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Dieses Verfahren ermöglicht theoretisch die Herabsetzung der
Größe der elektrischen Energie, die von einem Schrittmotor verbraucht
wird bis auf einen kleinstmöglichen Wert, unabhängig von dem
Widerstandsmoment, das auf den Rotor dieses Motors einwirkt.
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Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Beziehung
zwischen der Zeit, die von der mechanischen Energie, geliefert von dem
Motor während eines Antriebsimpulses, verbraucht wird, um den
Referenzwert zu erreichen, und die optimale Dauer dieses Antriebsimpulses von
elektrischen und magnetischen Charakteristiken dieses Motors abhängen.
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Diese Beziehung muß demgemäß experimentell für jeden Motortyp
bestimmt werden, was ein langer und teurer Arbeitsgang ist.
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Man weiß andererseits, daß der Rotor von Schrittmotoren einem
Positioniermoment unterliegt, das die Tendenz hat, ihn in der einen oder
anderen seiner Ruhepositionen oder stabilen Gleichgewichtspositionen zu
halten oder ihn dahin zu bringen, und daß während jeder Drehung, die er
ausführt in Reaktion auf einen Antriebsimpuls dieser Rotor durch eine
instabile Gleichgewichtsposition geht, die sich im wesentlichen auf
halbem Wege zwischen der Gleichgewichtsposition, die er verläßt, und jener
befindet, die er erreichen soll.
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Wenn ein Schrittmotor gemäß dem oben beschriebenen Verfahren
gesteuert wird, hat demgemäß sein Rotor am Ende eines Antriebsimpulses
nur etwa ein Drittel seiner Winkeldistanz durchlaufen, die seine
Anfangsruheposition, die er verläßt, von seiner zu End-Ruheposition
trennt, d.h. jener, die er erreichen muß. Dieser Rotor hat demgemäß noch
nicht die instabile Gleichgewichtsposition erreicht, die sich zwischen
diesen beiden Ruhepositionen befindet, und das Positioniermoment, das
auf ihn einwirkt, ist seiner Drehung entgegengerichtet und hat die
Tendenz, ihn in seine Ausgangsposition zurückzubringen.
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Normalerweise genügt die kinetische Energie, die in diesem
Rotor am Ende eines Antriebsimpulses angesammelt wurde, um dieses
Positioniermoment zu überwinden und diesen Rotor mindestens bis in die
instabile, oben erwähnte Gleichgewichtsposition zu bringen, wo dieses
Positioniermoment sich annuliert, seine Richtung umkehrt und die Drehung des
Rotors bis in seine endgültige Ruheposition bewirkt.
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Wenn jedoch das Widerstandsmoment, das auf diesen Rotor
einwirkt, sich plötzlich erhöht, beispielsweise infolge eines Schocks
unmittelbar nach dem Ende eines Antriebsimpulses, gibt es ein großes
Risiko, daß die kinetische Energie dieses Rotors unzureichend ist, um ihn
seine instabile Gleichgewichtsposition erreichen zu lassen, und daß
dieser Rotor demgemäß in seine Anfangsruheposition zurückkehrt.
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Darüberhinaus können die Charakteristiken der diversen
Komponenten von Vorrichtungen, welche von diesen Motoren gesteuert werden
sollen, indem man dieses Verfahren anwendet, ebenfalls von einer
Vorrichtung zur anderen unterschiedlich sein, und für jede einzelne
Vorrichtung können sie sich verändern in Abhängigkeit von der Zeit und/oder
diversen Einflüssen, welchen diese Vorrichtung unterworfen wird.
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Diese Veränderungen können zur Folge haben, daß der Rotor
eines gemäß dem oben beschriebenen Verfahren gesteuerten Motors sich nicht
korrekt in Reaktion auf einen Antriebsimpuls dreht, selbst dann, wenn
das auf den Rotor während dieses Antriebsimpulses und/oder nach
demselben wirkende Widerstandsmoment kleiner ist als das maximale Drehmoment,
das der Motor liefern kann.
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Man erkennt demgemäß, daß die Funktionssicherheit eines gemäß
dem oben beschriebenen Verfahren angesteuerten Motor nicht ebenso hoch
ist, wie man erwarten könnte.
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Wenn man diese Funktionssicherheit verbessern will, ist es
erforderlich, die Steuervorrichtungen, welche dieses Verfahren ausführen,
um eine Schaltung zu komplettieren, die in der Lage ist, die eventuelle
Nichtdrehung des Rotors des ihr zugeordneten Motors zu erkennen und
diesem Motor infolge dieser Erkennung sogenannte Aufholimpulse zuzuführen,
während welchen die elektrische Energie, die ihm zugeführt wird,
mindestens gleich jener ist, die er erhalten muß, damit das Drehmoment, das
er liefert, seinen maximalen Wert annimmt.
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Diese Aufholimpulse haben jedoch den Nachteil, daß sie in
bestimmten Fällen eine Drehung des Rotors dieses Motors um mehr als einen
Schritt bewirken können oder sogar die Rückkehr dieses Rotors in seine
Ausgangsposition. In diesem Falle wird offensichtlich die
Funktionssicherheit des Motors nicht verbessert.
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Andererseits sind in der Konzeption und Realisierung von
Schrittmotoren ,ihren Steuerschaltungen und den Quellen, Batterien oder
Akkumulatoren, welchen diesen Motoren und diesen Schaltungen die
notwendige elektrische Energie für ihre Funktion zur Verfügung stellen,
deutliche Fortschritte gemacht worden. Daraus folgt, daß es gegenwärtig
nicht mehr so wichtig ist wie in der Vergangenheit, soweit wie möglich
den Verbrauch von Schrittmotoren zu verringern, wenn diese in solchen
Vorrichtungen eingesetzt werden, deren Abmessungen sehr begrenzt sind,
wie etwa elektronischen Armbanduhren.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es demgemäß, ein
Steuerverfahren eines Schrittmotors vorzuschlagen, umfassend das Anlegen an
die Spule dieses Motors eines Antriebsimpulses jedesmal dann, wenn sein
Rotor um einen Schritt drehen muß, und umfassend die Messung der
mechanischen, von diesem Motor während dieses Antriebsimpulses gelieferten
Energiegröße, dank welchem Verfahren die Funktionssicherheit des Motors
deutlich größer ist als dann, wenn dieser Motor gemäß einem der
bekannten Verfahren angesteuert wird, und dank welchem der elektrische
Energieverbrauch nicht viel größer ist, als wenn er gemäß dem Verfahren
angesteuert würde, beschrieben in dem Patent US-A-4 772 840, das bereits
erwähnt wurde.
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Dieses Ziel wird durch das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie die
Erfassung, während jedes Antriebsimpulses, des Zeitpunktes umfaßt, zu welchem
die von dem Motor gelieferte mechanische Energiegröße ihren Maximalwert
durchläuft und abzunehmen beginnt, und die Unterbrechung dieses
Antriebsimpulses zu diesem Zeitpunkt umfaßt.
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Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine
Steuervorrichtung eines Schrittmotors vorzuschlagen, umfassend Mittel für
das Anlegen eines Antriebsimpulses an die Spule dieses Motors jedesmal
dann, wenn sein Rotor um einen Schritt drehen muß, und Mittel zum Messen
der von diesem Motor während jedes Antriebsimpulses gelieferten Größe
der mechanischen Energie, welche Messung auf einer Bestimmung dieser
mechanischen Energie beruht, ausgehend von den Werten der Spannung und des
Stromes, die an die Motorspule angelegt werden. Dank dieser Einrichtung
wird die Funktionssicherheit dieses Motors deutlich größer, als wenn
dieser Motor gesteuert wäre durch eine der bekannten Vorrichtungen, und
der Verbrauch an elektrischer Energie dieses Motors ist nicht merkbar
größer, als wenn er gesteuert würde durch eine Vorrichtung, wie jene,
die in dem Patent US-A-4 772 840, bereits erwähnt, beschrieben ist.
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Dieses Ziel wird erreicht durch die Vorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie
Erfassungsmittel zum Erzeugen, während jedes Antriebsimpulses, eines
Erfassungssignals umfaßt für den Zeitpunkt, wo die mechanische Energie
einen Maximalwert durchläuft und abzunehmen beginnt, und Mittel zum
Unterbrechen des Antriebsimpulses in Reaktion auf diese Erfassung.
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Die vorliegende Erfindung wie auch andere ihrer Ziele und
Vorteile ist besser verständlich anhand der nachfolgenden Beschreibung,
in der auf die beigefügten Zeichnungen bezuggenommen wird, in welchen:
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- Fig. schematisch eine Ausführungsform einer Vorrichtung
gemäß der Erfindung zeigt;
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- Fig. 2 ein Diagramm zeigt, das gemessene Signale an
verschiedenen Punkten des Schemas der Fig. 1 wiedergibt;
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- Fig. 3 ein Diagramm ist, das die Veränderung der von einem
Schrittmotor während eines Antriebsimpulses gelieferten mechanischen
Energie wiedergibt; und
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- Fig. 4, 5 und 6 schematisch und in Teilen andere
Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigen.
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Die in Fig. 1 als Beispiel und nicht als Beschränkung
dargestellte Vorrichtung gemäß der Erfindung ist dazu bestimmt, den
Schrittmotor eines elektronischen Zeitmeßgeräts anzusteuern.
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Dieser Motor, der ebenfalls schematisch in Fig. 1 dargestellt
ist, in der er mit dem Bezugszeichen M markiert ist, wird hier nicht
beschrieben, weil es sich um irgendeinen der diversen Typen von Motoren
handeln kann, die bekannt sind und die insbesondere in elektronischen
Zeitmeßgeräten eingesetzt werden.
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Es sei nur einfach erwähnt, daß diese Motoren einen Rotor
umfassen, der einen Permanentmagneten enthält, der generell bipolar ist,
jedoch auch mehrpolig sein kann, sowie mindestens eine Spule, die
magnetisch mit diesem Permanentmagneten gekoppelt ist. Diese Motoren umfassen
ferner Mittel, welche von unterschiedlicher Natur sein können, die dazu
bestimmt sind, an diesen Rotor ein Positioniermoment anzulegen, d.h. ein
Moment, das die Tendenz hat, diesen Rotor in der einen oder anderen
einer bestimmten Anzahl von Ruheposition zu halten oder in diese zu
bringen.
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Die Vorrichtung der Fig. 1 umfaßt in herkömmlicher Weise einen
Oszillator 1, dessen Ausgang 1a mit dem Eingang 2a eines
Frequenzteilerschaltkreises 2 verbunden ist. Dieser Oszillator 1 und dieser
Teilerschaltkreis 2 werden hier nicht weiter beschrieben, da sie von
irgendeiner der verschiedenen Oszillator- und Teilerschaltkreistypen sein
können, die Fachleuten bekannt sind.
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Es sei einfach erwähnt, daß der Ausgang des Oszillator 1 ein
periodisches Logiksignal erzeugt, d.h. ein Signal mit dem Logikzustand
"0" während eines Teils, beispielsweise der Hälfte seiner Periode, und
dem Logikzustand "1" während des Restes dieser Periode. Dieses
Logiksignal, das in der nachfolgenden Beschreibung als Signal
bezeichnet wird, hat in diesem Beispiel eine Frequenz von 32768 Hz
wie in der Mehrzahl der elektronischen Zeitmeßgeräte, die gegenwärtig
erhältlich sind.
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Es sei außerdem erwähnt, daß die Teilerschaltung 2 drei
Ausgänge 2b, 2c und 2d umfaßt, die jeder ein periodisches Logiksignal
abgeben. Diese Signale, die als Signal 2b' Signal 2c und Signal 2d in der
nachfolgenden Beschreibung bezeichnet werden, haben die Frequenzen von
16384 Hz, 8192 Hz und 1 Hz.
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Das Signal 2d liegt am Eingang 3a eines
Antriebsimpulsformerschaltkreises 3, der zwei Ausgänge 3b und 3c besitzt, jeder verbunden
mit einer der Klemmen der Spule des Motors M, welche Spule nicht
getrennt in dieser Figur 1 dargestellt ist.
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Dieser Formerschaltkreis 3 wird hier nicht im Detail
beschrieben, weil seine Konzeption dem Fachmann bekannt ist und unter anderem
von der Natur der Antriebsimpulse abhängt, die er an den Motor M liefern
muß. Man weiß nämlich, daß in bestimmten Fällen ein Schrittmotor, wie
der Motor M, von Antriebsimpulsen gesteuert werden muß, die als
"Konstantspannungsimpulse" bezeichnet werden, d.h. während welcher die Spule
dieses Motors ständig mit einer Quelle verbunden ist, welche unter einer
konstanten Spannung die elektrische Energie liefert, die für seine
Funktion erforderlich ist. Man weiß auch, daß in anderen Fällen ein solcher
Schrittmotor von Impulsen angesteuert werden muß, die als "zerhackt"
bezeichnet werden, d.h. während welcher die Verbindung seiner Spule mit
der Quelle alternierend hergestellt und unterbrochen wird.
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Man weiß auch, daß in noch anderen Fällen ein solcher
Schrittmotor von Antriebsimpulsen angesteuert werden muß, die als
Konstantstromimpulse bezeichnet werden, während welcher der Strom, der
seine Spule durchfließt, auf einem etwa konstanten Wert gehalten wird.
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Man kennt außerdem Fälle, wo ein solcher Schrittmotor von
Antriebsimpulsen angesteuert wird mit einer Art, die oben beschrieben
wurde, während eines Teils ihrer Dauer und mit anderen Art während des
Restes ihrer Dauer.
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In all diesen Fällen haben die Antriebsimpulse eine
alternierende Polarität, d.h. daß jeder Antriebsimpuls die umgekehrte Polarität
gegenüber dem ihm vorangehenden und ihm nachfolgenden aufweist.
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Es ist auch anzumerken, daß unabhängig von der Natur der
Antriebsimpulse, die dem Motor M zuzuführen sind, der Formierschaltkreis 3
derart ausgeführt ist, daß er einen solchen Antriebsimpuls immer dann zu
erzeugen beginnt, wenn das Signal 2d von dem Logikzustand "0" auf den
Logikzustand "1" geht, d.h. einmal pro Sekunde im vorliegenden Beispiel.
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Es ist noch anzumerken, daß dieser Formierschaltkreis 3 einen
Eingang 3d aufweist, und daß er im übrigen derart ausgebildet ist, daß
er jeden Antriebsimpuls unterbricht in Reaktion auf den Ubergang vom
Logikzustand "0" auf den Logikzustand "1" eines Unterbrechungssignals,
angelegt an diesen Eingang 3d von einem weiter unten beschriebenen
Schaltkreis.
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Schließlich umfaßt der Formierschaltkreis 3 einen Ausgang 3e,
der ein Signal abgibt, dessen Natur und Rolle später beschrieben werden.
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Die Vorrichtung der Fig. 1 umfaßt noch einen Meßschaltkreis 4
für die von dem Motor M während jedes Antriebsimpulses, der ihm von dem
Formierschaltkreis 3 zugeführt wird, gelieferte mechanische Energie.
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Diese Meßschaltung 4 wird hier im einzelnen beschrieben, weil
sie auf verschiedene Weise von Fachleuten auf der Basis der folgenden
Gleichung ausführbar ist, die wohl bekannt ist:
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in der:
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- Em(t) die von dem Motor M während des Beginns eines
Antriebsimpulses bis zum Zeitpunkt t gelieferte mechanische Energie ist,
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- u(t) die an die Spule dieses Motors angelegte Spannung ist,
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- i(t) der in diese Spule fließende Strom ist, und
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- R und L der Widerstand bzw. die Induktivität dieser Spule
sind.
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Um ein konkretes Beispiel zu wählen, sei angenommen, daß die
Meßschaltung 4 der Vorrichtung nach Fig. 1 ähnlich jener ist, die in dem
Patent US-A-4 772 840 beschrieben und die aus Komponenten besteht,
bezeichnet in Fig. 1 dieses Patentes mit den Bezugszeichen 8 und 10 bis
15.
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Diese Schaltung wird hier nicht erneut beschrieben. Es sei nur
erwähnt, daß sie angepaßt ist an den besonderen Fall, wo der
Impulsformerschaltkreis für die Antriebsimpulse der Vorrichtung, d.h. der
Schaltkreis 3 der Fig. 1' ähnlich jenem ist, der ebenfalls in dem Patent US-
A-4 772 840 beschrieben und der aufgebaut ist aus den mit Bezugszeichen
1, 5 bis 7 und 9 in Fig. 1 dieses Patents bezeichneten Komponenten.
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Wie aus dem Text dieses Patents US-A-4 772 840 hervorgeht, ist
dieser Impulsformerschaltkreis derart ausgebildet, daß während jedes
Antriebsimpulses, den er an den Motor, mit dem er verbunden ist, anlegt,
die Spule dieses letzteren alternierend mit einer Speisequelle verbunden
wird und kurzgeschlossen wird, je nach dem, ob der in dieser Spule
fließende Strom kleiner oder größer ist als ein Referenzstrom. Dieser in
dieser Spule fließende Strom ist demgemäß im wesentlichen konstant
während des größten Teils jedes Antriebsimpulses. Darüberhinaus umfaßt
dieser Formierschaltkreis einen Ausgang, gebildet von dem Q-Ausgang seines
Flipflops 9, der ein Logiksignal abgibt mit dem Zustand "0", wenn die
Spule des Motors, die mit dem Schaltkreis verbunden ist, kurzgeschlossen
ist, und mit dem Zustand "1", wenn diese Spule mit der Speisequelle der
Vorrichtung verbunden ist.
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Dieses Signal ist jenes, das vom Ausgang 3e der
Formierschaltung 3 der vorliegenden Erfindung abgegeben wird.
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Wie jener, der in dem Patent US-A-4 772 840 beschrieben ist,
umfaßt der Meßschaltkreis 4 einen Eingang, bezeichnet mit Bezugszeichen
4a und verbunden mit dem Ausgang 3e des Formierschaltkreises 3, welcher
das Signal empfängt, das gerade beschrieben wurde. Darüberhinaus umfaßt
dieser Schaltkreis 4 drei Eingänge, bezeichnet mit Bezugszeichen 4b, 4c
und 4d, welche periodische Logiksignale empfangen mit den Frequenzen
32768 Hz, 16384 Hz bzw. 8192 Hz. Im vorliegenden Beispiel werden diese
Signale von dem Ausgang des Oszillators 1 und den Ausgängen 2b und 2c
des Teilers 2 erzeugt.
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Die Meßschaltung 4 umfaßt außerdem acht Ausgänge, bezeichnet
mit Bezugszeichen 4e bis 41, die den Ausgängen 8d bis 8k des Zählers 8
entsprechen, beschrieben in dem Patent US-A-4 772 840, und er ist derart
ausgebildet, daß während jedes Antriebsimpulses die Binärzahl, gebildet
von den Logikzuständen dieser Ausgänge 4e bis 41, einen neuen Wert zu
jedem Zeitpunkt annimmt, wo das Signal 2c vom Zustand "1" zum Zustand
"0" übergeht, und daß dieser neue Wert proportional der von dem Motor M
seit dem Beginn dieses Antriebsimpulses gelieferten mechanischen Energie
ist. In der Folge dieser Beschreibung wird diese Binärzahl als Zahl N
bezeichnet, und jeder der Zeitpunkte, wo sie einen neuen Wert annimmt,
wird als Zeitpunkt t&sub1; bezeichnet.
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Schließlich umfaßt der Schaltkreis 4 einen Eingang 4m
entsprechend dem Eingang R des Flipflops 10 in dem Patent US-A-4 772 840, und
er ist derart ausgebildet, daß die Zahl N null wird in Reaktion auf
jeden Übergang dieses Eingangs 4m vom Zustand "0" auf Zustand "1". Wie
später erkennbar wird, erfolgt dieser Übergang des Eingangs 4m vom
Zustand "0" auf Zustand "1" am Ende jedes Antriebsimpulses.
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Die Ausgänge 4e bis 41 des Meßschaltkreises 3 sind mit
Eingängen 5a bis 5h eines Speicherschaltkreises 5 verbunden und mit ersten
Eingängen 6a bis 6h eines binären Komparatorschaltkreises 6.
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Die oben definierte Zahl N wird demgemäß ständig an diese
Eingänge 5a bis 5h der Speicherschaltung 5 und 6a bis 6h des Komparators 6
angelegt.
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Der Speicherschaltkreis 5 umfaßt ferner einen Steuereingang 5i
und acht Ausgänge 5j bis 5q. Er ist derart ausgebildet, daß diese
Ausgänge 5j bis 5q den jeweils gleichen Logikzustand annehmen wie die
Eingänge 5a bis 5h, wenn der Steuereingang 5i auf dem Logikzustand 1 ist,
und daß diese Ausgänge 5j bis 5q ihren Logikzustand beibehalten,
unabhängig von jeder Veränderung des Logikzustands an den Eingängen 5a bis
5h, wenn der Steuereingang 5i auf dem Logikzustand "0" ist. Mit anderen
Worten wird bei jedem Übergang des Eingangs 5i dieser Schaltung 5 vom
Zustand "0" auf Zustand "1" die Binärzahl, gebildet von den
Logikzuständen seiner Eingänge 5a bis 5h, was der Zahl N entspricht, an seine
Ausgänge 5j bis 5q übertragen.
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Diese Speicherschaltung 5 wird hier nicht im einzelnen
beschrieben, weil sie Fachleuten bekannt ist, die sie häufig mit ihrem
englischen Namen als "Latch" bezeichnen.
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Die Ausgänge 5j bis 5q der Speicherschaltung 5 sind verbunden
mit zweiten Eingänge 6i bis 6p des numerischen Komparatorschaltkreises
6, welcher im übrigen einen Ausgang 6q aufweist.
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Diese Komparatorschaltung 6 wird hier nicht weiter im
einzelnen beschrieben, weil sie Fachleuten wohlbekannt ist. Es sei einfach
erwähnt, daß in diesem besonderen Fall sein Ausgang 6q nur dann auf
Zustand "1" liegt, wenn die Binärzahl, repräsentiert durch die
Logikzustände seiner ersten Eingange 6a bis 6h, kleiner ist als die Binärzahl,
repräsentiert durch die Logikzustände seiner zweiten Eingänge 6i bis 6p.
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Die Vorrichtung der Fig. 1 umfaßt noch ein UND-Gatter 7,
dessen Ausgang 7a mit dem Steuereingang 5i des Speicherschaltkreises 5
verbunden ist. Die beiden Eingänge dieses Gatters 7 sind mit dem Ausgang
des Oszillators 1 bzw. dem Ausgang 8a eines EXKLUSIV-ODER-Gatters 8
verbunden.
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Die Eingänge dieses Gatters 8 sind zum einen direkt und zum
anderen über zwei Inverter 9 und 10 mit dem Ausgang 11a eines inversen
ODER-Gatters 11 verbunden, dessen Eingänge mit dem Ausgang des
Oszillators 1 bzw. den Ausgängen 2b und 2c des Teilerschaltkreises 2 verbunden
sind.
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Der Ausgang 8a des Gatters 8 ist ferner verbunden mit einem
Eingang eines UND-Gatters 12, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des
Oszillators 1 über einen Inverter 13 verbunden ist.
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Schließlich ist der Ausgang 12a dieses Gatters 12 mit einem
Eingang eines UND-Gatters 14 verbunden, dessen anderer Eingang mit dem
Ausgang 6q des Komparators 6 verbunden ist, und dessen Ausgang 14a mit
dem Eingang 3d des Formierschaltkreises 3 und mit dem Eingang 4m des
Meßschaltkreises 4 verbunden ist.
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Die Funktion der Vorrichtung der Fig. 1 wird nachstehend mit
Hilfe der Fig. 2 beschrieben.
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In dieser Fig. 2 ist jedes Diagramm mit dem gleichen
Bezugszeichen markiert wie der Punkt der Fig. 1, wo das Signal gemessen wird,
welches es darstellt.
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Ferner wird in der Abfolge dieser Beschreibung jedes Signal
ebenfalls mit dem Bezugszeichen des Punktes der Fig. 1 bezeichnet, wo es
gemessen wird.
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Man erkennt leicht, daß die Signale 12a und 7a periodische
Logiksignale sind mit der gleichen Periode wie das Signal 2e und daß diese
Signale 12a und 7a von sehr kurzen Impulsen gebildet werden, während
welcher sie auf dem Zustand "1" sind, getrennt von Intervallen, während
welcher diese Signale 12a und 7a auf Zustand "0" sind. Die Impulse des
Signals 12a werden immer dann erzeugt, wenn das Signal 2c vom Zustand
"1" auf Zustand "0" geht, d.h. zu jedem der Zeitpunkte t&sub1;, die oben
definiert worden, während jeder Impuls des Signals 7a erzeugt wird eine
Halbperiode des Signals 1a später, also etwa 15 Mikrosekunden nach jedem
Impuls des Signals 12a. Die Zeitpunkte, wo die Impulse des Signals 7a
erzeugt werden, werden als t&sub2; bezeichnet in der Abfolge dieser
Beschreibung.
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Wie bereits erwähnt, ist die Zahl N an den Ausgängen 4e bis 41
des Meßschaltkreises 4 gleich null zwischen zwei aufeinanderfolgenden,
an den Motor M vom Formierschaltkreis 3 angelegten Antriebsimpulsen.
Dasselbe gilt für die Binärzahl an den Ausgängen 5j bis 5q des
Speicherschaltkreises 5, da zu jedem Zeit t&sub2; diese Zahl N auf die Ausgänge
übertragen wird.
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Immer zwischen zwei Antriebsimpulsen bleibt der Ausgang 6q des
Komparators 6 demgemäß auf Zustand "0", da die Binärzahlen, die an
seinen ersten bzw. zweiten Eingängen anliegen, beide gleich null sind.
Daraus folgt, daß der Ausgang 14a des Gatters 14 ebenfalls auf Zustand "0"
ist.
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Wenn das Signal 2d vom Zustaand "0" auf Zustand "1" geht,
beginnt der Formierschaltkreis 3, einen Antriebsimpuls angemessener Form
an den Motor M anzulegen. Nach einer kleinen Verzögerung beginnt der
Rotor dieses Motors M, sich zu drehen in Reaktion auf diesen
Antriebsimpuls und liefert demgemäß mechanische Energie an die mechanische
Vorrichtung, mit der er verbunden ist.
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Ausgehend von dem Zeitpunkt, wo der Rotor sich zu drehen
beginnt, nimmt die Zahl N einen neuen Wert größer als null zu jedem
Zeitpunkt t&sub1; an.
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Mit t1i und t1j werden zwei aufeinanderfolgende Zeitpunkte t&sub1;
bezeichnet, mit t2i und t2j zwei Zeitpunkte t&sub2;, die unmittelbar nach dem
Zeitpunkt t1i bzw. Zeitpunkt t1j auftreten, und mit Ni bzw. Nj die
Werte, welche die Zahl N zu den Zeitpunkten t1i bzw. t1j annimmt. Man
erkennt leicht, daß zum Zeitpunkt t1j die Zahl Nj, angelegt an die ersten
Eingänge 6a bis 6h des Komparators 6, ist, während es noch die Zahl Ni
ist, die an den zweiten Eingängen 6i bis 6p dieses Komparators 6
anliegt.
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Wenn die Zahl Nj größer ist als die Zahl Nie d.h. wenn die
Größe an mechanischer Energie, geliefert von dem Motor M, sich zwischen
den Zeitpunkten t1i und 1j vergrößert hat, bleibt der Ausgang 6q des
Komparators 6 auf dem Zustand "0". Der Impuls des Signals 12a, das zum
gleichen Zeitpunkt an dem Gatter 14 anliegt, hat demgemäß keinerlei
Wirkung, und der Ausgang 14a dieses Gatters 14 bleibt auf Zustand "0".
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Danach bewirkt der Impuls des Signals 7a, angelegt zum
Zeitpunkt t2j an den Steuereingang 5i der Speicherschaltung 5, die
Übertragung der Zahl Nj an die Ausgänge 5j bis 5q dieser Schaltung 5. Mit
diesem Zeitpunkt beginnend und bis zum folgenden Zeitpunkt t&sub1; ist diese
Zahl Nj an den ersten und den zweiten Eingängen des Komparators 6
vorhanden, und der Ausgang 6q dieses letzteren bleibt demgemäß auf Zustand
"0".
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Dieser Prozeß wiederholt sich solange, bis bei jedem Zeitpunkt
t1j die Zahl Nj größer ist als die Zahl Nie d.h. die von dem Motor M
gelieferte Energiegröße sich erhöht.
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In bekannter Weise und wie dies in Fig. 3 dargestellt ist,
geht diese mechanische Energie durch einen Maximalwert zu einem
Zeitpunkt, der abhängt von den elektrischen Eigenschaften des Motors M und
den mechanischen Eigenschaften der Last, die er antreibt.
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In dieser Fig. 3 repräsentieren die mit T1 bzw. T2
bezeichneten Kurven schematisch die Veränderung, in Abhängigkeit von der Zeit t,
der von einem Motor, wie dem Motor M, während eines Antriebsimpulses mit
einer relativ langen Dauer gelieferten mechanischen Energie Em, wenn das
auf den Rotor dieses Motors wirkende Bremsmoment einen ersten Wert bzw.
einen zweiten, größer als der vorhergehende Wert hat.
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Nach Durchlauf durch diesen Maximalwert nimmt diese
mechanische
Energie ab, obwohl der Antriebsimpuls immer noch an dem Motor M
angelegt ist. Zu einem Zeitpunkt t1j, gerade nachdem diese mechanische
Energie dieses Maximum durchlaufen hat, ist die Zahl Nj demgemäß kleiner
als die Zahl Ni, die an den Ausgängen 5j bis 5q des Speichers 5 seit dem
Zeitpunkt t2i anliegt.
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Zu diesem Zeitpunkt t1j geht der Ausgang 6q des Komparators 6
demgemäß auf den Zustand 1, da die Binärzahl, die an seinen ersten
Eingängen 6a bis 6h anliegt, kleiner ist als jene, die an seinen zweiten
Eingängen 6i bis 6p anliegt. Der Impuls des Signals 12a, erzeugt zu
diesem gleichen Zeitpunkt t1j, bewirkt demgemäß das Erscheinen eines
Impulses gleicher Dauer am Ausgang 14a des Gatters 14, am Eingang 3d des
Formierschaltkreises 3 und am Eingang 4m des Meßschaltkreises 4.
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Dieser Impuls bewirkt demgemäß die Unterbrechung des gerade
anstehenden Antriebsimpulses und die Rücksetzung auf "0" der Zahl N, die
an den Ausgängen 4e bis 41 des Meßschaltkreises 4 vorhanden ist.
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Die Vorrichtung der Fig. 1 befindet sich demgemäß in demselben
Zustand wie vor dem Beginn dieses Antriebsimpulses und bleibt in diesem
Zustand, bis das Signal 2d wieder vom Zustand "0" auf Zustand "1" geht,
d.h. bis zum Beginn des folgenden Antriebsimpulses, während dessen Dauer
der oben beschriebene Vorgang sich wiederholt.
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Es ist festzuhalten, daß der Maximalwert, der von der vom
Motor gelieferten mechanischen Energie während eines Antriebsimpulses
erreicht wird, wie auch die Zeit, die diese mechanische Energie benötigt,
um dieses Maximum zu erreichen, direkt abhängen von der mechanischen
Belastung, die von diesem Motor M während dieses Antriebsimpulses
angetrieben wird. Diese mechanische Belastung ist im allgemeinen variabel,
so daß es dieser Maximalwert und diese Zeit ebenfalls sind.
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Man erkennt, daß die Vorrichtung der Fig. 1 es ermöglicht, die
Dauer jedes Antriebsimpulses, angelegt an den Motor M, in Abhängigkeit
von der mechanischen Last zu regeln, die von diesem Motor M während
jenes Antriebsimpulses angetrieben wird, und dies mit einer sehr hohen
Sicherheit, ohne daß es erforderlich wäre, eine Schaltung vorzusehen, die
die Erfassung einer eventuellen Nichtdrehung des Rotors in Reaktion auf
einen Antriebsimpuls erkennt.
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Theoretische Betrachtungen, die hier nicht wiedergegeben
werden, jedoch durch die Praxis bestätigt wurden, zeigen nämlich, daß zu
dem Zeitpunkt, wo die von dem Motor M gelieferte mechanische Energie
durch ihren Maximalwert geht, der Rotor eine Winkelposition einnimt, die
sich im wesentlichen auf halbem Wege zwischen seiner instabilen
Gleichgewichtsposition und seiner Ruheposition, die er erreichen muß,
befindet. In dieser Winkelposition hat das Positionierdrehmoment, das auf den
Rotor einwirkt, die Tendenz, ihn in seine End-Ruheposition zu bringen.
Dieses Positionierdrehmoment, das ferner in dieser Position einen Wert
nahe seinem Maximalwert hat, addiert sich demgemäß zu dem Drehmoment
infolge der kinetischen Energie seines Rotors. Daraus folgt, daß dieser
Rotor mit Sicherheit seine Drehung beendet, wenn der Antriebsimpuls zu
diesem Zeitpunkt unterbrochen wird, und daß es keinerlei Risiko gibt,
daß dieser Rotor seine Drehung bis zu der folgenden Ruheposition
fortsetzt oder in seine Ausgangsposition zurückkehrt.
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Im übrigen beruht die Funktion der Vorrichtung der Fig. 1 auf
dem Vergleich von zwei aufeinanderfolgend von dem gleichen
Meßschaltkreis gemessenen Werten und nicht auf dem Vergleich eines gemessenen
Wertes mit einem Referenzwert, geliefert von einem getrennten Kreis der
Meßschaltung. Diese Vorrichtung kann demgemäß mit beliebigen Motortypen
verwendet werden, ohne daß es erforderlich wäre, vorher einen
Referenzwert zu bestimmen, der an diesen Motortyp angepaßt ist, und die
Funktion ist im übrigen unabhängig von Unterschieden, welche von einer
Vorrichtung zur anderen deren verschiedene Komponenten aufweisen.
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Es ist offensichtlich, daß für eine gleiche mechanische, von
einem bestimmten Motor angetriebene Last, an welchen ein Antriebsimpuls
gleicher Spannung angelegt wird (im Falle eines
Konstantspannungsimpulses) oder des gleichen Stromes (im Falle eines Konstantstromimpulses)
die Dauer dieses Antriebsimpulses und damit die elektrische
Energiegröße, die von diesem Motor während des Antriebsimpulses verbraucht
wird, größer sind, wenn er von einer Vorrichtung angesteuert wird wie
der nach Fig. 1, also wenn er von einer Vorrichtung angesteuert würde
wie jener, die in dem Patent US-A-4 772 840, bereits erwähnt,
beschrieben ist.
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Wenn man jedoch den Verbrauch dieses Motors während einer
langen Periode in Betracht zieht, stellt man fest, daß diese Differenz
nicht sehr groß ist dank der Tatsache, daß dann, wenn der Motor von der
Vorrichtung der Fig. 1 gesteuert wird, es beinahe niemals erforderlich
ist, ihm Aufholimpulse zuzuführen, die in einem Falle wie jenem, der in
diesem Patent US-A-4 772 840 beschrieben wurde, Impulse sind, während
welchen der Verbrauch des Motors recht hoch ist.
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Man sieht im übrigen weiter unten, daß es möglich ist, den
Verbrauch an elektrischer Energie eines Schrittmotors, gesteuert von
einer Vorrichtung wie jene der Fig. 2, praktisch bis auf jenen desselben
Motors verringert werden kann, gesteuert von einer Vorrichtung wie
jene, die in dem Patent US-A-4 772 840 beschrieben ist.
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Es ist bekannt, daß unabhängig von der Art und Weise, wie ein
Schrittmotor angesteuert wird, das Motormoment, das er abgibt, und das
Lastmoment, das auf seinen Rotor einwirkt, sich ändern, während dieser
Rotor dreht in Reaktion auf einen Antriebsimpuls. Wenn während dieser
Drehung dieses Lastmoment gleich oder größer wird als das Motormoment,
kann der Rotor anhalten. In einem solchen Fall ändert sich die von dem
Motor gelieferte mechanische Energie nicht mehr nach diesem Anhalten und
geht demgemäß nicht durch einen Maximalwert.
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Wenn andererseits das Lastmoment erhöht ist, jedoch bei einem
Mittelwert bleibt, der kleiner ist als das Motormoment, das der Rotor
liefern kann, kann der letztere mit einer relativ geringen
Geschwindigkeit drehen. In einem solchen Fall ist der Anstieg der von dem Motor
gelieferten mechanischen Energie sehr langsam, und diese mechanische
Energie erreicht ihren Maximalwert am Ende einer Zeit, die mehrere zehn
Millisekunden lang sein kann, während unter Normalbedingungen diese Zeit im
allgemeinen kleiner als 10 Milliksekunden ist.
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Um einen nutzlosen Verbrauch elektrischer Energie zu
vermeiden der sich in einem solchen Falle einstellt, kann man die Vorrichtung
der Fig. 1 in der in Fig. 4 wiedergegebenen Weise modifizieren.
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Man erkennt, daß in der Vorrichtung dieser Fig. 4 die direkte
Verbindung zwischen dem Ausgang 14a des Gatters 14 und den Eingängen 3d
und 4m des Formierschaltkreises 3 und der Meßschaltung 4 weggelassen
ist. Ein ODER-Gatter 15 ist zugefügt worden, und der Ausgang 15a dieses
Gatters 15 wurde mit den beiden Eingängen 3d und 4m, die oben erwähnt
wurden, verbunden. Im übrigen sind die Eingänge dieses Gatters 15 mit
dem Ausgang 14a des Gatters 14 verbunden, und der zweite Eingang dieses
Gatters 15 ist mit einem Ausgang 2e der Teilerschaltung 2 verbunden
worden. Der Rest der Vorrichtung der Fig. 1 ist nicht modifiziert und in
dieser Fig. 4 nicht wiedergegeben.
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In diesem Beispiel liefert der Ausgang 2e des Teilers 2 ein
periodisches Logiksignal mit einer Frequenz von 32 Hz. Wie die anderen
von dem Teiler 2 gelieferten Signale hat dieses Signal 2e den Zustand
"0" während der Hälfte seiner Periode und den Zustand "1" während der
anderen Hälfte dieser Periode. Im übrigen geht das Signal 2e vom Zustand
"1" auf Zustand "0" zu jedem Zeitpunkt, wo das Signal 2d auf den Zustand
"1" geht, d.h. zu jedem Zeitpunkt, wo ein Antriebsimpuls an den Motor M
von dem Formierschaltkreis angelegt zu werden beginnt. Da die Periode
dieses Signals 2e 31,25 Millisekunden beträgt, geht es auf den Zustand
"1" zurück, 15,625 Millisekunden nach dem Beginn jedes Antriebsimpulses.
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Zu diesem Zeitpunkt geht demgemäß der Ausgang 15a des Gatters
15 auf den Zustand "1", was zur Folge hat, den gerade laufenden
Antriebsimpuls zu unterbrechen und die Zahl N auf null zurückzusetzen,
wenn dies nicht bereits realisiert worden ist durch den Impuls, erzeugt
vom Ausgang 14a des Gatters 14 in der oben beschriebenen Weise.
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Man erkennt, daß in dieser Ausführungsform der Vorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung ein Antriebsimpuls nicht länger dauern
kann als etwa 15 Millisekunden, selbst dann, wenn das Lastmoment, das
auf den Rotor des Motors während dieses Antriebsimpulses wirkt, sehr
hoch ist.
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Nachdem ein Antriebsimpuls in der gerade beschriebenen Weise
unterbrochen worden ist, ist es möglich, daß der Rotor des Motors
gleichwohl seinen Schritt vollendet, entweder weil das Lastmoment,
obzwar hoch, im Mittel nicht größer ist als das Motormoment, oder weil
die Ursache der Erhöhung des Lastmoments verschwunden ist. In diesen
beiden Fällen ist es offensichtlich nötig, daß dieser Rotor seine
instabile Gleichgewichtsposition durchlaufen hat zu dem Zeitpunkt, wo der
Antriebsimpuls unterbrochen wird.
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In der Praxis konstatiert man jedoch, daß diese letztere
Bedingung nicht häufig erfüllt ist und daß, nachdem ein Antriebsimpuls in
dieser letzteren Weise unterbrochen worden ist, der Rotor des Motors in
seine Ausgangsposition in der Mehrzahl der Fälle zurückkehrt. Der
folgende Antriebsimpuls hat in einem solchen Fall demgemäß die inverse Po-
larität jenes, der der Position des Rotors entspricht, da zwei
aufeinanderfolgende Antriebsimpulse immer inverse Polaritäten zueinander
haben.
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Dieser folgende Antriebsimpuls bewirkt demgemäß eine kleine
Rotation des Rotors des Motors M in entgegengesetzter Richtung wie der
gewünschten Richtung. Während einer solchen Drehung ist die von dem
Motor gelieferte mechanische Energie sehr gering, und sie erreicht ihren
Maximalwert nach einer sehr kurzen Zeit, unter zwei Millisekunden. Im
übrigen ist dieser Maximalwert im allgemeinen etwa drei-bis zehnmal
kleiner als jener, den diese mechanische Energie erreicht, wenn der
Rotor normal in Reaktion auf einen Antriebsimpuls rotiert und das auf den
Rotor wirkende Lastmoment seinen Minimalwert hat. Die von dem Motor in
einem solchen Fall gelieferte mechanische Energie wird repräsentiert
durch die mit T3 in Fig. 3 bezeichnete Kurve.
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Die Fig. 5 und 6 zeigen jede ein Beispiel für eine Schaltung,
die der Vorrichtung nach Fig. 1 hinzugefügt werden kann, um eine solche
Situation zu erkennen.
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Die Schaltung der Fig. 5 umfaßt eine bistabile Kippstufe vom
R-S-Typ, deren Eingänge S bzw. R mit dem Ausgang 2d des Frequenzteilers
2 bzw. einem zusätzlichen Ausgang 2f dieses selben Teilers verbunden
sind.
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Der Q-Ausgang der Kippstufe 16 ist mit einem ersten Eingang
eines UND-Gatters 17 verbunden, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang
14a des Gatters 14 verbunden ist, wie die Eingänge 3d und 4m des
Formierschaltkreises bzw. des Meßschaltkreises 4.
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Der Rest der Vorrichtung ist identisch mit jener der Fig. 1
und ist in dieser Fig. 5 nicht dargestellt.
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In diesem Beispiel liefert der Ausgang 2f des Teilers 2 ein
periodisches Logiksignal mit einer Frequenz von 256 Hz. Wie die anderen
von dem Teiler 2 gelieferten Signale ist dieses Signal 2f auf Zustand
"0" während der Hälfte seiner Periode, d.h. während etwa 2
Millisekunden, und auf dem Zustand "1" während der anderen Hälfte dieser Periode.
Im übrigen geht dieses Signal 2f vom Zustand "1" auf Zustand "0" zu
jedem Zeitpunkt, wo das Signal 2d in den Zustand "1" geht, d.h. zu Beginn
jedes Antriebsimpulses. Es gelangt demgemäß auf den Zustand "1" etwa
zwei Millisekunden nach dem Beginn jedes Antriebsimpulses.
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Man erkennt leicht, daß der Ausgang Q der Kippstufe 16 auf
Zustand "1" zu Beginn jedes Antriebsimpulses geht, auf Zustand "0" etwa
zwei Millisekunden später zurückkehrt und in diesem Zustand "0" bleibt
bis zum Beginn des folgenden Antriebsimpulses.
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Man erkennt außerdem leicht, daß dann, wenn der Rotor des
Motors M eine korrekte Position zu Beginn eines Antriebsimpulses einnimmt,
der Impuls, erzeugt am Ausgang 14a des Gatters 14 zum Zeitpunkt, wo die
von diesem Motor M gelieferte mechanische Energie ihren Maximalwert
erreicht, blockiert wird durch das Gatter 17, da in diesem Fall dieser
Impuls 14a mehr als zwei Millisekunden nach dem Beginn dieses
Antriebsimpulses erzeugt wird, und der Ausgang Q der Kippstufe 16 demgemäß im
Zustand "0" ist.
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Wenn hingegen der Rotor des Motors M nicht die Position
entsprechend der Polarität eines Antriebsimpulses bei Beginn desselben
einnimmt, wird der Impuls, erzeugt vom Ausgang 14a des Gatters 14 zum
Zeitpunkt, wo die von diesem Motor M gelieferte mechanische Energie ihren
Maximalwert durchläuft, an den Ausgang 17a des Gatters 17 übertragen, da
in diesem Fall der Ausgang Q der Kippstufe 16 zu diesem Zeitpunkt noch
im Zustand "1" ist. Dieser in diesem Fall an diesem Ausgang 17a des
Gatters 17 erscheinende Impuls bildet demgemäß ein Erkennungssignal, das
anzeigt, daß der Rotor des Motors M nicht seine Position entsprechend
der Polarität des laufenden Antriebsimpulses einnimmt.
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Der Schaltkreis der Fig. 6 umfaßt einen zweiten numerischen
Komparator, mit Bezugszeichen 18 markiert, dessen erste Eingänge 18a bis
18h mit den Ausgängen 4e bis 41 der Meßschaltung 4 verbunden sind und
demgemäß die Binärzahl N, von jenem definiert, erhalten.
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Die zweiten Eingänge dieses Komparators 18, mit 18i bis 18p
bezeichnet, erhalten permanent eine andere Binärzahl N', gebildet von
den Logikzuständen "0" und "1" dieser Eingänge.
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Diese Zahl N' ist festliegend und wird derart gewählt, daß sie
einerseits kleiner ist als ein Maximalwert, der von der Zahl N während
eines Antriebsimpulses erreicht wird, wenn der Rotor des Motors M zu
Beginn dieses Impulses eine Winkelposition einnimmt entsprechend der
Polarität desselben und wenn das Lastmoment auf den Rotor bei seinem
Minimalwert einwirkt, und andererseits größer ist als der Maximalwert, der
von dieser Zahl N erreicht wird, wenn zu Beginn eines Antriebsimpulses
der Rotor nicht seine Position entsprechend der Polarität desselben
einnimmt.
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Da der erste oben erwähnte Maximalwert drei- bis zehnmal
größer ist als der zweite, ist es immer möglich, eine Zahl N' zu finden,
die diesen beiden Bedingungen genügt.
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Der Komparator 18 umfaßt ferner einen Ausgang 18q, und ist
derart ausgebildet, daß dieser auf dem Logikzustand "1" ist, wenn die
Zahl N kleiner oder gleich der Zahl N' ist, und auf dem Logikzustand
"0", wenn diese Zahl N größer als diese Zahl N' ist.
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Dieser Ausgang 18q ist verbunden mit einem ersten Eingang
eines UND-Gatters 19, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang 14a des
Gatters 14 verbunden ist. Der Ausgang 19a dieses Gatters 19 ist mit dem
Eingang 3f des Formierschaltkreises 3 verbunden, der identisch mit dem
Formierschaltkreis 3 der Schaltung der Fig. 5 ist.
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Der Rest der Vorrichtung ist identisch mit jener der Fig. 1
und in dieser Fig. 6 nicht wiedergegeben.
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Man erkennt leicht, daß dann, wenn zu Beginn eines
Antriebsimpulses der Rotor des Motors M eine Position entsprechend der Polarität
dieses Impulses hat, die Zahl N den Wert der Zahl N' erreicht und
überschreitet, bevor sie ihren Maximalwert erreicht.
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In diesem Fall ist demgemäß der Ausgang 18q des Komparators 18
auf Logikzustand "0", wenn der Ausgang 14a des Gatters 14 in der oben
beschriebenen Weise den Impuls abgibt, der anzeigt, daß die von dem
Motor M gelieferte mechanische Energie ihren Maximalwert erreicht hat.
Dieser Impuls wird demgemäß durch das Gatter 19 blockiert.
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Wenn hingegen der Rotor des Motors M nicht die Position
entsprechend der Polarität eines Antriebsimpulses zu Beginn dieses
letzteren einnimmt, ist die Zahl N kleiner als die Zahl N' zum Zeitpunkt, wo
sie ihren Maximalwert durchläuft. Der Ausgang 18q des Komparators 18 ist
demgemäß zu diesem Zeitpunkt noch auf Zustand "0", und der von dem
Ausgang 14a des Gatters 14 erzeugte Impuls wird auf den Ausgang 19a des
Gatters 19 übertragen. Dieser an diesem Ausgang 19a des Gatters 19
erscheinende Impuls bildet demgemäß ebenfalls ein Erkennungssignal zur
Anzeige dafür, daß der Rotor des Motors M nicht die Position entsprechend
der Polarität des laufenden Antriebsimpulses einnimmt. Dieses Signal ist
demgemäß durchaus äquivalent jenem, das in der oben beschriebenen Weise
von der Schaltung der Fig. 5 geliefert wird.
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Unabhängig davon, welche Schaltung für seine Bereitstellung
verwendet wird, kann dieses Erfassungssignal beispielsweise von dem
Formierschaltkreis 3 verwendet werden, der demgemäß in entsprechender Weise
ausgebildet werden muß, um an den Motor M ein oder mehrere zusätzliche
Antriebsimpulse anzulegen, die als Aufholimpulse bezeichnet werden und
dazu bestimmt sind, den Rotor dieses Motors M in eine korrekte Position
zu bringen. Es ist ein solcher Fall, der in den Fig. 5 und 6
wiedergegeben ist, wo der Ausgang 17a des Gatters 17 bzw. der Ausgang 19a des
Gatters 19 mit einem zusätzlichen Eingang 3f der Formierschaltung 3
verbunden sind.
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Eine solche Antriebsimpulsformierschaltung wird hier nicht
beschrieben, weil ihr Aufbau abhängt von der Verwertung, die das
Erfassungssignal erhalten soll, das von dem Ausgang 17a des Gatters 17 oder
19a des Gatters 19 geliefert wird, und weil ihre Konzeption zum
Fachwissen gehört. Es sei einfach erwähnt, daß ein Beispiel einer solchen
Schaltung insbesondere in dem Patent US-A-4 507 599 beschrieben ist.
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Es ist festzuhalten, daß während der oben erwähnten
Aufholimpulse die von dem Motor gelieferte mechanische Energie sehr wohl
gemessen werden kann und daß diese Aufholimpulse gleichermaßen zu dem
Zeitpunkt unterbrochen werden können, wo diese mechanische Energie ihren
Maximalwert durchläuft, oder nachdem sie eine bestimmte vorbestimmte
Zeitdauer
angehalten haben, wie dies oben im Falle der normalen
Antriebsimpulse beschrieben worden ist.
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Es ist auch festzuhalten, daß die Verwendung einer
Detektorschaltung, wie jene der Fig. 5 oder der Fig. 6, es ermöglichen, den
Formierschaltkreis derart zu konzipieren, daß dieser letztere die an die
Spule des Motors M angelegte Spannung oder den in dieser Spule
fließenden Strom in Abhängigkeit von der Erzeugung oder Nichterzeugung des oben
beschriebenen Erfassungssignals variieren lassen kann.
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Beispielsweise kann die Formierschaltung 3 derart konzipiert
werden, daß periodisch und progressiv die Spannung verringert wird, die
sie an die Spule des Motors M anlegt, oder der Strom, den sie in der
Spule fließen läßt, bis auf einen vorbestimmten Minimalwert oder bis
dahin, daß die Detektorschaltung das Signal erzeugt zur Anzeige dafür, daß
der Motor nicht korrekt funktioniert hat in Reaktion auf einen
Antriebsimpuls.
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Diese Formierschaltung 3 kann demgemäß, immer nur als
Beispiel, an die Spule des Motors M einen Aufholimpuls liefern, während
welchem die an diese Spule angelegte Spannung oder der in dieser
fließende Strom einen erhöhten vorbestimmten Wert hat, und danach wieder
beginnen, diese Spannung oder diesen Strom zu verringern.
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Man erreicht auf diese Weise eine Herabsetzung des
elektrischen Energieverbrauchs des Motors M bis zu einem Wert, der
praktisch gleich jenem des Verbrauchs desselben Motors ist, der dieselbe
mechanische Last antreibt, wenn dieser in der Weise gesteuert wird, wie
dies in dem Patent US-A-4 772 840, das bereits erwähnt wurde,
beschrieben ist.