DE69108645T2

DE69108645T2 - Schrittmotor und Verfahren zum Betrieb eines solchen Motors.

Info

Publication number: DE69108645T2
Application number: DE69108645T
Authority: DE
Inventors: Masamichi Furukawa; Shinichi Kanaya; Shingo Sanbe; Seiki Shiotsuki; Shigeru Taneichi
Original assignee: Canon Inc; Canon Precision Inc
Current assignee: Canon Inc; Canon Precision Inc
Priority date: 1990-08-27
Filing date: 1991-08-22
Publication date: 1995-10-26
Anticipated expiration: 2011-08-23
Also published as: DE69108645D1; EP0474048B1; US5291084A; EP0474048A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Aufbau eines Schrittmotors und ein Verfahren zum Ansteuern (Treiben) eines Schrittmotors durch Umschaltung der Anzahl der Erregungsphasen zwischen eins und zwei.

Stand der Technik

Bei einem Schrittmotor wird ein Verfahren zur Ansteuerung des Schrittmotors durch Umschalten der Anzahl der Erregungsphasen durch eine Ansteuerschaltung angewandt.
Bei einem Verfahren zur Ansteuerung des Schrittmotors nach dem Stand der Technik durch Umschaltung der Anzahl der Erregungsphasen ändert sich ein erzeugtes Drehmoment mit der Anzahl der Erregungsphasen, so daß Rucken und Geräusche erzeugt werden und eine ungleichförmige Rotation bewirkt wird.
Bei einem Aufbau eines bekannten Schrittmotors sind mehrere Phasen (normalerweise zwei Phasen) der Stator-Einheit, die ein Joch und eine Spule aufweisen, axial um einen Rotor angeordnet, der magnetische Pole hat.
Bei einem solchen Schrittmotor ist es üblich, die zwei Stator-Einheiten, die jeweils ein inneres Joch und ein äußeres Joch mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung mit einer konstanten Steigung bzw. Teilung gebildeten magnetischen Zähnen aufweisen, um einen Rotor, der magnetische Pole hat, anzuordnen, und eine Spule ist zwischen den Jochen angeordnet.
Beim Schrittmotor nach dem Stand der Technik sind das innere und das äußere Joch jeder der Stator-Einheiten so aufgebaut, daß ihr Abstand in Umfangsrichtung zwischen deren magnetischen Zähnen gleichmäßig ist.
Bei einem solchen Aufbau des bekannten Schrittmotors vergrößert sich jedoch ein Änderungs-Drehmoment oder Ruckmoment ("cogging torque") für jeden Schrittwinkel infolge der Wirkung einer magnetischen Beeinflussung von der anderen benachbarten Stator-Einheit. Dies verhindert eine Rotation mit konstanter Geschwindigkeit.
Weiterhin neigt das Ausgangs-Drehmoment infolge eines großen Ruckmomentes zu Schwankungen.
GB-A-2 211 030 beschreibt einen Schrittmotor, der diesen allgemeinen Aufbau hat, und schlägt die Justierung der Phasenabweichung zwischen den beiden vollständigen Stator-Einheiten vor, um das Ruckmoment zu reduzieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Im Lichte der obigen Feststellungen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Rotations-Präzision durch Unterbindung einer Änderung des Drehmomentes zu verbessern.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Ungleichmäßigkeit der Rotationsgeschwindigkeit durch Steuerung der Ansteuerimpulsbreite in Übereinstimmung mit der Anzahl der Erregungsphasen eines Schrittmotors zu verringern.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rotation mit konstanter Geschwindigkeit durch Verringerung eines Ruckmomentes zu erreichen.

Kurze Beschreibung der Abbildungen

Fig. 1 zeigt eine Längsschnittdarstellung eines Schrittmotors in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 zeigt eine teilweise abgewickelte Darstellung einer Anordnung der magnetischen Zähne von Jochen des Schrittmotors nach Fig. 1,
Fig. 3 zeigt Messungen eines Verschiebungswinkels eines äußeren Joches und eines Ruckmomentes,
Fig. 4 zeigt eine teilweise abgewickelte Darstellung einer weiteren Ausführungsform der magnetischen Pole der Joche,
Fig. 5 zeigt eine Ansteuerschaltung eines Schrittmotors nach Fig. 1,
Fig. 6 zeigt Wellenformen der durch die Ansteuerschaltung der Fig. 5 an Erregungs-Spulen angelegten Ansteuerspannungen,
Fig. 7 zeigt eine weitere Ansteuerschaltung,
Fig. 8 zeigt Wellenformen von an Erregungs-Spulen angelegten Spannungen, wenn der in Fig. 7 gezeigte Schrittmotor in Halbschritten angetrieben wird;
Fig. 9 zeigt ein Flußdiagramm eines Ablaufs des Steuerverfahrens, wenn ein Verfahren zur Ansteuerung des in Fig. 7 gezeigten Motors ausgeführt wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Eine Ausführungsform der vorliergenden Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf die Abbildungen erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Aufbau eines Schrittmotors. In Fig 1 weist ein Motorgehäuse 10 ein gezogenes Teil von der Form einer stirnseitig offenen Trommel auf. Eine Öffnung 11 ist im Mittelpunkt einer stirnseitigen Wandungsfläche des Motorgehäuses 10 gebildet, und ein Lager 15 ist in der Öffnung durch Preßpassung befestigt.
Eine Montageplatte 12 ist in der offenen Stirnseitenfläche des Motorgehäuses 10 durch eine Verstemmung 13 befestigt, und eine weiteres Lager 16 ist durch Preßpassung in einer Öffnung 14 befestigt, die in der Montageplatte 12 im Zentrum einer Motorwelle gebildet ist.
Die Montageplatte 12 dient auch als Endplatte zum Verschluß der offenen Stirnseitenfläche des Motorgehäuses 10.
Eine Motorwelle 17 ist drehbar durch die beiden Lager 15 und 16 gelagert.
Ein Rotor 18 ist durch Preßpassung innerhalb des Motorgehäuses 10 mit der Motorwelle 17 verbunden, und ein Rotormagnet 19, der in Umfangsrichtung mit einer vorbestimmten Teilung in N- und S-Pole magnetisiert ist, ist auf dem äußeren Umfang des Rotors 18 gebildet.
Xwei Stator-Einheiten 50 und 60, dem Rotormagneten 19 gegenüberliegende magnetische Zähne haben, sind axial in dem durch das Motorehäuse 10 und die Motageplatte 12 gebildeten Motor-Innenraum angeordnet.
Die Stator-Einheiten 50 und 60 haben Erregungsspulen 20 und 21, die zwischen dem inneren und dem äußeren Joch, die die magnetischen Zähne zur Bildung der Erregungsphasen des Motors haben, aufgenommen sind. Der gezeitgte Motor hat damit zwei Erregungsphasen.
Die Erregungsspule 20 und das innere und das äußere Joch 22 und 23 bilden die Stator-Einheit 50 der ersten Phase, und die Erregungsspule 21 und das innere und das äußere Joch 24 und 25 bilden die Stator-Einheit 60 der zweiten Phase.
In der dargestellten Ausführungsform ist das äußere Joch 22 der ersten Phase an der Stirnseitenfläche des Motorgehäuses 10 befestigt, und das innere Joch 23 der ersten Phase und das innere Joch 24 der zweiten Phase sind Rücken and Rücken miteinander verbunden, und as äußere Joch 25 der zweiten Phase ist an der Motageplatte 12 befestigt.
Die erste Stator-Einheit 50 ist derart aufgebaut, daß die erste Erregungsspule 20 auf einen Spulenköper bzw. Wicklingsträger 26 in das erste innere und äußere Joch 22 und 23 gewickelt ist, und die Stator-Einheit 60 der zweiten Phase ist derart aufgebaut, daß die zweite Erregungsspule 21 auf einen Spulenköper 27 in das zweite innere und äußere Joch 24 und 25 gewickelt ist.
Eine Mehrzahl von magnetischen Zähnen 22A, 23A, 24A und 25A, die in Umfangsrichtung mit einer vorbestimmten Teilung gebildet sind, sind auf den Jochen 22, 23, 24 und 25 so vorgesehen, daß sie jeweils dem Rotormagneten 19 mit einer vorbestimmten Lücke dazwschen gegenüberliegen.
Eine Drehmoment-Ausgebevorrichtung 30 wie etwa eine Riemenscheibe ist an einer Ausgangs-Verlängerung der Motorwelle 17 befestigt.
Die Spulenträger 26 und 27 sind aus einem isolierenden Materail wie einem Kunststoff hergestellt, und Abschnitte 26A und 27A davon erstrecken sich von einem in einer Seitenfläche des Motorgehäuses 10 gebildeten Einschnitt 31 geringfügig über die Oberfläche des Motorgehäuses hinaus, Spulenträgeranschlüsse (oder Motoranschlüsse)28 und 29, auf die Wicklungs-Enden der Erregungsspulen 20 und 21 gewickelt sind, sind durch Einbettung in den Fortsaz befestigt.
Im Falle einer unifilaren Wicklung sind zwei Spulenträgeranschlüsse für jeden der Spulenanschlüsse 28 und 29 vorgesehen, und im Falle winer bifilaren Wicklung sind drei vorgesehen.
Die Wicklungsenden der Erregungsspulen 20 une 21 sind auf "roots" der Spulenträgeranschlüsse 28 und 29 gewickelt und durch Verlöten befestigt.
Die Leitunsenden der Spulenträgeranschlüsse 28 und 29 sind durch Verlöten in der Art und Weise einer elektrischen Verbindung auf einer Schaltungsplatine 35 zur Verbindung mit einer Motorsteuereinheit befestigt.
Fig. 2 zeigt eine teilweise abgewickelte Darstellung einer Anordung der Polzähne 22A ~ 25A der Joch 22 ~ 25.
In Fig. 2 sind eine Mehrzahl von Polzähnen (beispielsweise zwölf) 22A ~ 25a in den Jochen 22 ~ 25 mit konstanter Teilung in Umfangsrichtung (beispielsweise mit einem Winkel von 30º zum Zentrum) gebildet.
Bei der Montage des Motors werden das innere und äußere Joch 22 und 23 der ersten Phase so moniert, daß die Polzähne 22A und 23A in Zickzackform zwischen den Polzähnen angeordnet sind, und das innere und äußere Joch 24 und 25 der zweiten Phase werden so montiert, daß deren Polzähne 24A und 25A in Zickzackform zwischen den Polzähnen angeordnet sind.
Somit sind in der Stator-Einheit 50 der ersten Phase die Polzähne 22A und 23A des inneren und äußeren Joches 22 und 23 an den Zentren der Abstandsbereiche der Polzähne, so daß sie symmetrisch sind, und in der Stator-Einheit 60 der zweiten Phase sind die Polzähne 25A des äußeren Jochs 25 gegenüber den Zentren der Abstände der Polzähne 24 des inneren Joches, vom inneren Joch 24 aus gesehen, verschoben, so daß sie asymmetrisch sind.
Der Verschiebungswinkel der Polzähne 25A des äußeren Joches 25 wird zu etwa 30' ~ 1º30' eingestellt.
In Fig. 2 sind die folgenden Beziehungen erfüllt:
a = b ≠ c ≠ d (1)
d > a = b > c (2)
g > e = f > h (3),
worin a und b die Abstände zwischen dem Zentrum der Polschuhe 22A des äußeren Jochs 22 in der ersten Phase und den Polschuhen 23A des inneren Jochs 23 auf den gegenüberliegenden Seiten des Zentrums sind, c und d sind die Abstände zwischen dem Zentrum der Polschhe 24A des inneren Joches 24 in der zweiten Phase und den Polschuhen 25A des äußeren Jochs 25 auf den entgegengesetzten Seiten des Zentrums, e ist der Abstand der Polzähne des äußeren Jochs 22 der esten Phase und des inneren Jochs 24 der zweiten Phase, f ist der Abstand zwischen den Polzähnen des inneren Jochs 24 der zweiten Phase und des inneren Jochs 23 der ersten Phase, g ist der Abstand der Polzähne des inneren Jochs 23 der ersten Phase und des äußeren Jochs 25 der ersten Phase, und h ist der Abstand der Polzähne des äußeren Jochs 25 der zweiten Phase und des äußeren Jochs 22 der ersten Phase.
Wie oben beschrieben, hat beim Schrittmotor mit zwei axial angeordneten Stator-Einheiten, wobei jeder der Stator-Einheiten das innere Joch und das äußere Joch aufweisen, die eine Mehrzahl von in Umfangsrichtng um den Rotor 18 mit magnetischen Polen 19 in Umfangsrichtung mit einer vorbestimmten Teilung gebildeten Polzähnen hat und die Spule zwischen den Jochen montiert ist, das äußere Joch 25 einer der Statoreinheiten 60 die Polzähne 25A des äußeren Jochs asymmetrisch angrordnet, so daß sie im Uhrzeigersinn gegenüber den Zentren zwischen den Polzähnen 24A des inneren Joches 24m von inneren Joch her gesehen, verschoben sind.
Bei der oben beschriebenen Anordnung ist der Verschiebungswinkel der Polzähne 25A des äußeren Joches 25 vorzugsweise etwa 30' ~ 1º30'.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das äußere Joch der Stator-Einheit 60 der weiten Phase asymmetrisch angrordnet. Alternativ hierzu kann das äußere Joch 22 der Stator-Einheit 50 der ersten Phase asymmetrisch angeordnet sein, so daß die Polzähne 22A des äußeren Joches 22 im Uhrzeigersinn gegenüber dem Zentrum zwischen den Polzähnen 23A des inneren Joches 23, vom, inneren Joch 23 aus gesehen, im Uhrzeigersinn verschoben sind.
Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung der Messung eines Ruckmomentes, wenn das äußere Joch 25 der zweiten Phase aus der symmetrischen Position (Verschiebungswinkel = 0) um einen vorbestimmten Winkel in eine bestimmte Richtung (vom inneren Joch aus gesehen im Uhrzeigersinn) verschoben ist.
In Fig. 3 stellt die Abszisse den Verschiebungswinkel des äußeren Joches 25 der, die Ordinate repräsentiert das Ruckmoment (g cm), eine Kurve A repräsentiert das Ruckmoment, wenn der Motor im Uhrzeigersinn angetrieben wird, und eine Kurve B repräsentiert das Ruckmoment, wenn der Motor entgegen dem Uhrzeigersinn angetrieben wird.
Wie aus der graphischen Darstellung zu ersehen, wird durch die Ausbildung des äußeren Joches einer der Stator-Einheiten in asymmetrisch verschobener Lage das Ruckmoment gegenüber demjenigen der symmetrischen Anordnung (Verschiebungswinkel = 0) vermindert. Besonders wenn der Verschiebungswinkel etwa 30' ~ 1º30' beträgt, kann das Ruckmoment signifikant vermindert werden.
Bei der vorliegenden Ausführunsform ist beim Schrittmotor mit den beiden Stator-Einheiten 50 und 60, die axial angeordnet, sing das äußeren Joch 25 oder 22 einer der Stator- Einheiten asymmetrisch angeordnet, so daß die Polzähne 25A oder 22A des äußeren Joches im Uhrzeigersinn gegenüber dem Zentrum zwischen den Polzähnen 24A oder 23A des inneren Joches 24 oder 23, vom inneren Joch aus gesehen, verschoben sind, Dadurch wird die magnetische Beeinflussung von der äußeren Statoreinheit, die bewirkt werden würde, wenn die innere und die äußere Einheit der beiden Stator-Einheiten beim bekannten Motor symmetrisch angeordnet sind, mechanisch kompensiert, so daß magnetisch symmetrische Stator-Einheiten bereitgestellt werden. Damit wird ein Schrittmotor mit kleinem Ruckmoment und einer mit gleichmäßiger Drehgeschwindigkeit ablaugenden Rotation realisiert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das äußere Joch 25 oder 22 einer der Stator-Einheiten, vom inneren Joch 24 oder 23 aus gesehen, im Uhrzeigersinn verschoben. In Abhängigkeit von der Art der magnetischen Beeinflussung zwischen den Stator-Einheiten 50 und 60 kann es in die der vorliegenden Ausführungsform entgegensetzte Richtung asymmetrisch verschoben sein.
In Abhängigkeit von der spezifischen magnetischen Wechselwirkung (Interferenz) des Schrittmotors ist nämlich eines der äußeren Joche, vom inneren Joch aus gesehen, entgegen dem Uhrzeigersinn um einen vorbestimmten Winkel verschoben, so daß das Ruckmoment im Vergleich zu demjenigen bei symmetrischer Anordnung vermindert und die Schwankung des Ausgangs-Drehmomentes beseitigt (oder verringert) werden kann.
Fig. 4 zeigt eine teilweise abgewickelte Darstellung einer Anordnung der Polzähne, wenn das üßere Joch 25 asymmetrisch derart angeordnet ist, daß dessen Polzähne 25A entgegen dem Uhrzeigersinn gegenüber dem Zentrum zwischen den Polzähnen 24A des inneren Joches 24, vom inneren Joch aus gesehen, verschoben sind.
Fig. unterscheidet sich von Fig. 1 nur darin, daß die Polzähne 25A gegenüber den Polzähnen 24a in der entgegengesetzten Richtung verschoben sind, und der andere Augbau ist identisch.
Dementsprechend sind einander entsprechende Element in den Figuren 4 und 1 mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, und eine genaue Erläuterung hierzu wird nicht gegeben.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 wird - ebenso wie bei der nach fig. 1 - ein Stator-Motor bereitgestellt, bei dem das Ruckmoment vermindert und die Schwankung des Ausgangs- Drehmomentes beseitigt (oder verringert) sein kann.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird beim Schrittmotor, der zwei axial angeordnete Stator-Einheiten hat, wobei jede der Stator-Einheiten das innere und das äußere Joch mit einer Mehrzahl von um den Rotor mit den magnetischen Polen herum mit einer vorbestimmten Peilung in Umfangsrichtung gebildeten Polzähnen aufweist und die Spule zwischen den Jochen montiert ist, das äußere Joch jeder der Stator-Einheiten bezüglich des entsprechenden inneren Joches asymmetrisch angeordnet, do daß die Polzähne des äußeren Jochs in einer spezifischen Richtung gegenüber dem Zentrum bzw, Mittelpunkt zwischen den Polzähnen des inneren Joches verschoben sind. Damit wird ein Schrittmotor bereitgestellt, der das Ruckmoment verringern, eine Rotation mit konstanter Geschwindigkeit ermöglichen und die Schwankung des Ausgangs- Drehmomentes eliminieren kann.
Fig. 5 zeigt eine Ansteuerschaltung des in Figur 1 gezeigten Schrittmotors.
In Fig. 5 erzeugt ein PWM (Pulsbreitenmodulations) -Generator 71 Pulsbreitensignale mit zwei Auftastfaktoren bzw. ..., die zu 30 % und 40 % eingestellt sind, wie später erläutert wird.
Das Pulsbreitensignal vom PWM-Generator 71 wird vier Gattern 76, 77, 78 und 79 über parallele Gatter 72 und 73 und ein serielles Gatter 74 zugeführt.
Die Gatter 72 und 73 schalten den PWM-Wert für einphasige Erregung und den PWM-Wert für zweiphasige Erregung auf ein Mustersignal von einem Ansteuermustergenerator 75 hin um.
Bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet der PWM-Generator 71 eine Impulsquelle mit einer Trägerfrequenz von 20 kHz, und er erzeugt zwei Impulssignale, von denen eines einen 30 % Auftastfaktor zur Ansteuerung des Motors mit einer Impulsbreite, die 30% einer Periode (dem Kehrwert der Frequenz) entspricht, und der andere einen 40 % -Auftastfaktor zur Ansteuerung des Motors mit einer Impulsbreite hat, die gleich 40 % ist. Im Einphasen-Erregungsmodus wird der PWM-Wert auf den 40 % Auftastfaktor umgeschaltet, and im Zweiphasen-Erregungsmodus wird der PWM-Wert duch die Gatter 72 und 73 auf den 30 %-Auftastfaktor umgeschaltet.
Das Mustersignal vom Ansteuermustergenerator 75 wird auch zweiten Eingangsanschlüssen der vier Gatter 76 ~ 79 zugeführt.
Das Ansteuerpulssignal der Frequenz, das in Übereinstimmung mit der Anzahl der Erregungsphasen umgeschaltet wird, wird von den vier Gattern 76 ~ 79 einer Motoransteuerung 80 zugeführt.
Ein Motor, wie der anzusteurernde Schrittmotor ist so aufgebaut, daß ein Rotor 83 auf einer Motorwelle sich dreht, wenn zwei Spulen 81 und 82, die die Erregungsphasen bilden, erregt werden.
Wenn die Spulen 81 und 82 im Einphasen-Erregungsmodus angesteuert bzw. erregt werden, steuert die Ansteuerung 80 mit dem 40 %-Auftastfaktor-Impuls an, und wenn sie im Zwei-Phasen-Erregungsmodus angesteuert werden sollen, steuert sie durch den 30 %-Auftastfaktor-Impuls an.
Fig. 6 zeigt Wellenformen der Ansteuerspannungen, die an die Erregungsspulen 81 und 82 angelegt werden, wenn der Motor 1- 2-Phasen- oder im Halbschritt-Erregungsmodus betrieben wird.
In Fig. 8 wird der 40 %-Auftastfaktor-Impuls im Einphasen- Erregungsmodus angelegt, bei dem eine der Spulen 81 und 82 erregt wird, und der 30 % Auftastfaktor-Impuls wird im Zwei- Phasen-Erregungsmodus angelegt, in dem beide Spulen 81 und 82 erregt werden.
Ein durch den Motor erzeugtes Drehmoment ist proporteonal dem Zeitintegral einer angelegten Spannung (oder eines Stromes), und wenn ein Motor wie ein Schrittmotor mit einer konstanten Spannung angesteuert wird, ist das erzeugte Drehmoment (kombinierte Drehmoment) im Zwei-Phasen-Erregungsmodus das 2-fache desjenigem im Einphasen-Erregungsmodus.
Demgemäß ist unter der Annahme, daß das im Einphasen-Erregungsmodus erzeugte Grehmoment T&sub1; 0,4 x K&sub1;ZI ist, das im Zwei-Phasen-Erregungsmodus erzeugte Grehmoment T&sub2; gleich 0,3 x 2 x K&sub1;ZI.
Da 0,3 x 2 = 0,4 ist, sind die erzeugten Drehmomente T&sub1; und T&sub2; in der jeweiligen Betriebsart im wesentlichen gleich, und die durch den Motor erzeugten Drehmomente können allgemein vereinheitlicht werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform können die Ungleichmäßigkeit der Rotation des Motors und die Schwingungen und der Lärm wirksam verringert werden.
Es wurde eine Motorgeräuschverringerung von etwa 2 ~ 3 dB erreicht.
Eine weitere Ansteuerschaltung, die zur Ansführung des Verfahrens zur Ansteuerung des Motors der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist in Fig. 7 gezeigt.
Bei der Ansteuerschaltung nach Fig. 7 sind der Ansteuermustergenerator 75 und der PWM-Generator 1 nach Fig. 5 durch eine CPU 84 ersetzt.
In Fig. 7 wird der Auftastfaktor der Impulsbreite zur Ansteuerung des Motors durch Software (eine Steuerschaltung) in der CPU 84 geändert.
Die CPU 84 hat die Steuerschaltung, die die Impulsbreite zur Ansteuerung des Motors zwischen zwei Auftastfaktoren, d.h. dem 30 %-Auftastfaktor und dem 40 %-Auftastfaktor, in Übereinstimmung mit der Anzahl der Erregungsphasen umschaltet.
Die CPU 84 hat auch eine Steureschaltung für das Ansteuermuster des Motors.
Die CPU 84 wählt den 40 %-Auftastfaktor für die PWM, um ihn im einpasen-Erregungsmodus anzulegen, und den 30 % Auftastfaktor für die PWM, um diesen im Zwei-Phasen-Erregungsmodus anzulegen, entsprechend dem Mustersignal von der Ansteuermuster-Steuerschaltung aus.
Der PWM-Wert von der CPU 84 wird vier Gattern 86, 87, 88 und 89 zugeführt, und die Ausgänge dieser vier Gatter werden einer Motoransteuerung 85 zugeführt.
Ein Motor wir ein Schrittmotor ist so aufgebaut, daß ein Rotor 92 auf einer Motorwelle rotiert, wenn Spulen 90 und 91 der zwei Erregungsphasen erregt bzw. angesteuert werden.
Somit steuert, wenn die Spule 90 und 91 im Einphasen-Erregungsmodus erregt werden sollen, die Ansteuerung 85 mit der 40 % Auftastfaktor-Impulsbreite an, und wenn sie im Zwei- Phasen-Erregungsmodus zu erregen sind, steuert sie sie mit der 30 %-Auftastfaktor-Impulsbreite an.
Dementsprechend ist - wie bei der vorhergehenden Ausführungsform - wenn die Spulen 90 und 91 mit der in Fig. 6 gezeigen Wellenform angesteuert werden, das beim Einphasen- Erregungsmodus erzeugte Grehmoment T&sub1; gleich 0,4 x K&sub1;ZI, und das im Zwei-Phasen-Erregungsmodus erzeugte Drehmoment T&sub2; ist gleich 0,3 x 2 x K&sub1;ZI. Demgemäß werden die in den jeweiligen Betriebsarten erzeugten Drehmoment vereinheitlich.
Damit kann - wie bei der Ansteuerschaltung nach Fig. 5 - die Ansteuerschaltung nach Fig. 7 die durch den Motor erzeugten Drehmomente einander angleichen, so daß das Verfahren zur Ansteuerung des Motors, das die Ungleichmäßigkeit der Drehung und die Schwingungen und den Lärm verringern kann, angewandt wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Wert der PWM für jede Betriebsart geändert, um die erzeugten Drehmomente einander anzugleichen. Alternativ hierzu kann die gleiche Vereinheitlichung bzw. Angleichung der erzeugten Drehmomente durch Änderung der Ansteuerspannung oder des Ansteuerstromes für jede Betriebsart erreicht werden, und es wird dieselbe Wirkung wir bei der vorliegenden Ausführungsform erhalten.
Fig. 8 zeigt Wellenformen der Ansteurerspannung (oder des Stromes), die an die Erregungsspulen angelegt wird, wenn der Motor im 1-2-Phasen oder Halbschritt-Erregungsmodus angesteuert wird.
In Fig. 8 wird, wenn eine Spannung von 40 Volt im Einphasen- Erregungsmodus, in dem eine der Spulen erregt wird, angelegt wird, Zwei-Phasen-Erregungsmodus, in dem beide Spulen erregt werden, eine Spannung von 30 Volt angelegt.
Das durch den Motor erzeugte Drehmoment ist proportional dem Zeitintegral einer angelegten Spannung (oder eines Stromes). Wenn ein Motor wei ein Schrittmotor mit einer konstanten Spannung angesteuert wird, ist das Drehmoment (kombinierte Drehmoment), das im Zwei-Phasen-Erregungsmodus erzeugt wird. das 2-fache desjenigen beim Einphasen-Erregungsmodus. Somit ist uner der Annahme, daß das im Einphasen-Erregungsmodus ereugte Drehmoment T&sub1; gleich 0,4 x K&sub1;ZI sie, das im Zwei- Phasen-Erregungsmodus erzwugte Drehmoment T&sub2; gleich 0,3 x 2 x K&sub1;ZI. Somit sind die Drehmoment T&sub1; unt T&sub2;, die in der jeweilgen Betriebsart erzeugt werden, einander im wesentlichen gleich.
Damit werden - wie bei der vorliegenden Ausführungsform - die durch den Motor erzeugten Drehmomente im wesentlichen angeglichen, und die Ungleichmäßigkeit der Rotation wird beseitigt und Schwingungen und Lärm werden vermindert.
Fig. 9 zeigt ein Flußdiagramm eines Ablaufes zur Steuerung der Ausführung des Verfahrens zur Ansteuerung des Motors gemäß der vorliegenden Erfingung durch Steuerung des PWM-Wertes im Halbschritt-Erregungsmodus oder 1-2-Phasen-Erregungsmodus.
Fig. 9 wird das Steuersystem wenn die Ansteuerung des Motors gestartet wird, in einem Schritt S1 initialisiert. In einem Schritt S2 wird ein Kodierer zur Bestimmung eines Drehwinkels des Motors initialisiert.
In einem Schritt S3 werden die Richtung und die Geschwindigkeit der Rotation des Motors eingestellt. In einem Schritt S4 wird geprüft, ob ein Stop- oder Ansteuerbefehl ausgegeben worden ist oder nicht.
Wenn der Stop- oder Ansteuerbefehl ausgegeben worden ist, geht der Ablauf zu einem Schritt S5 weiter, um zu bestimmen, ob die Ansteuerung beendet werden soll oder nicht. Wenn die Ansteuerung nicht beendet werden soll, kehrt der Ablauf zum Schritt S3 zurüch, um die obigen Schritte zu wiederholen.
Wenn im Schritt S5 die Ansteuerung zu beenden ist, geht das Verfahren zu einem Schritt S6 wieter, um den Steuerprozeß zu beeden.
Wenn im Schritt S4 der Stop- oder Ansteuerbefehl nicht ausgegeben worden ist, wird in einem Schritt S7 die Zählung durch den Kodierer gestartet. In einem Schritt S8 werden das 1-2-Phasen-Erregungs-Ansteuermuster und das Ansteuerimpuls- PWM-Muster ausgegeben. Wenn der Antrieb gestartet ist, wird in einem Schritt S9 geprüft, ob die Motordrehung außerhalb der Synchronisation ist oder nicht.
Wenn sie außerhalb der Synchronisation ist, geht der Ablauf zu einem Schritt S10 weiter, und die Zählung des Kodierers wird rüchgesetzt. In einem Schritt S11 wird das PWM-Muster geändert. Dann kehrt der Ablauf zum Schritt S7 zurück, um die nachfolgenden Schritte zu wiederholen.
Wenn im Schritt S9 kein Befinden außerhalb der Synchronisation nachgewiesen wird, geht der Ablauf zu einem Schritt S12 weiter, um zu bestimmen, ob der Motoransteuermodus verändert worden ist oder nicht.
Wenn er verändert worden ist, kehrt das Verfahren zum Schritt S3 zurück, um die oben genannten Schritte zu wiederholen.
Wenn der Ansteuermodus des Schritts S12 nicht verändert worden ist, geht das Verfahren zu einem Schritt S13 weiter, und es wird bestimmt, ob der Motor eine Drehung um eine vorbestimmte Anzahl von Schritten ausgeführt hat.
Wenn er sich noch nicht soweit gedreht hat, kehrt das Verfahren zum Schritt S7 zurüch, um die nachfolgenden Schritte zu wiederholen.
Wenn er soweit gedreht hat, geht der Ablauf zu einem Schritt S14 wieter, um die Ansteuerung des Motors zu beenden.
Bei den obigen Ausführungsformen wird die vorliegende Erfindung auf das 1-2-Phasen-Erregungs-Anseuerverfahren angewandt, obgleich die vorliegende Erfindung in gleicher Weise auf ein anderes Ansteuerverfahren anwendbar ist, bei dem die Anzahl der Erregungsphasen umgeschaltet wird, etwa auf die 1-1-Phasen-Erregung oder die 1-2-1-Phasen-Erregung, und hier können ähnliche Effekte erreicht werden.
Im übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden beim Verfahren zur Ansteuerung des Motors durch Umschaltung der Ansahl der Erregungsphasen durch die Motoansteuerschaltung die Ansteuerimpulsbreite, Ansteuerapannung oder der Ansteuerstrom während der Ansteuerung in Übereinstimmung mit der Ansahl der Erregungsphasen gesteuert. Dadurch wird die Schwankung des erzeugten Drehmoments verringert, die Ungleichmäßigkeit der Rotation wird vermindert, und Schwingungen und Geräuschentwicklung werden reduziert.

Claims

1. Schrittmotor mit

- einem Rotor (18), der magnetische Pole hat,

- einer ersten Stator-Einheit (50), die aufweist;

-- ein inneres Joch (23,24) mit einer Mehrzahl von Polzähnen (23A, 24A), die mit einer vorbestimmten Teilung in Umfangsrichtung um den Rotor (18) herum gebildet sind,

-- ein äußeres Joch (22, 25) mit einer Mehrzahl von Polzähnen (22A, 25A), die mit einer vorbestimmten Teilung in Umfangsrichtung um den Rotor (18) herum gebildet sind,

-- wobei die Polzähne (22A, 25A) des äußeren Joches (22, 25) zwischen den Polzähnen (23A, 24A) des inneren Joches (23, 24) angeordnet sind, und

-- eine zwischen dem inneren Joch (23, 24) und dem äußeren Joch (22, 25) montierte Spule (20, 21) und

- einer zweiten Stator-Einheit (60), die ähnlich wie die erste Stator-Einheit (50) aufgebaut und axial zur ersten Stator-Einheit (50) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

das äußere Joch (22, 25) entweder der ersten oder der zweiten Stator-Einheit (50, 60) bezüglich des entsprechenden inneren Joches (23, 24) asymmetrisch derart angeordnet ist, daß die Polzähne (22A, 25A) des äußeren Joches (22, 25) gegenüber den Mittelpunkten zwischen den Polzähnen (23A, 24A) des inneren Joches (23, 24) in eine spezifische Richtung verscoben sind.

2, Schrittmotor nach Anspruch 1, bei dem ein Verschiebungswinkel der Polzähne (22A, 25A) des äußeren Joches (22, 25) von den Mittelpunkten zwischen den Polzähnen (23A, 24A) des inneren Joches (23, 24) 30' bis 1º30' ist.

3. Schrittmotor nach Anspurch 1, wieter aufweisend:

- eine Ansteuerschaltung zur Ansteuerung des Schrittmotors, und

- eine Schaltung zur Steuerung einer Ansteuerimpulsbreite der Ansteuerschaltung entsprechend der Ansahl der Erregungsphasen.

4. Schrittmotor nach Anspruch 3, bei dem die Steuerschaltung einen Auftastfaktor des Ansteuerimpulses in einem Zwei- Phasen-Erregungsmodus als 30 % und in einem Ein-Phasen- Erregungsmodus als 40 % einstellt.