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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf den Bereich Drucker und Motoren. Sie bezieht sich insbesondere
auf den Bereich Rasterdrucken, wo zahlreiche Punkte auf ein Druckmedium
wie z. B. ein Blatt Papier gedruckt werden, um eine alphanumerische
Darstellung darauf zu erzeugen. Sie liegt auch im Bereich Motorsteuerungen
für bürstenlose
Gleichstrom-(DC)-motoren, DC-Bürstenmotoren
und DC-Schrittschaltmotoren.
Sie kann insbesondere den Bereich betreffen, in dem Zeilendrucker
von Motoren angetrieben werden, um eine Bewegung über ein
Druckmedium auszuführen,
um eine Anzahl von Punkten darauf zu drucken, wenn sich der Drucker über das
Druckmedium hin und her bewegt. Sie beinhaltet auch Motorantriebe
und Steuerungen für
die verschiedenen Motoren, die mit oder analog zu den oben genannten
Motoren verwendet werden.
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Der Stand der Technik in Bezug auf
Rasterdrucker umfasst mehrere Drucker verschiedener Konfigurationen.
Solche Konfigurationen arbeiten mit verschiedenen Rädern und
Hämmern
verschiedener Typen, um einen Punkt auf ein Druckmedium zu drucken.
Ein besonderer Druckertyp, der in der Technik bekannt ist, ist ein
Zeilendrucker.
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Zeilendrucker haben im Allgemeinen
eine Reihe von Hämmern.
Die Reihe von Hämmern
ist auf einer Hammerbank angeordnet, die sich über ein Druckmedium hin und
her bewegt. Das Druckmedium wird über die Hämmer vorgeschoben und von einem
Farbband bedruckt.
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Solche Hämmer sind auf einer Hammerbank montiert.
Die Hämmer
werden häufig
bis zu ihrer Auslösung
von einem Dauermagnet festgehalten. Die Auslösung erfolgt dadurch, dass
der die Druckhämmer
haltende Dauermagnetismus überwunden wird.
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Es ist bereits seit langem bekannt,
einen Antriebsmotor an einer Stelle zu platzieren, um die Hammerbank
mit einer Kurbel oder einem Verbinder hin und her zu bewegen. Die
Kurbel oder der Verbinder bewegt die Hammerbank ausreichend schnell
hin und her, so dass ein schneller Druckbetrieb erzielt wird.
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Ein Problem des Standes der Technik
liegt darin, dass der Motor nicht immer einheitlich angetrieben
wird, um eine glatte und wirksame Druckbewegung zu erzeugen. Die
Motoren werden in einem Absetz- oder in einem Druck-Zug-Modus angesteuert,
was nicht immer wünschenswert
ist.
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Ein Nachteil des Standes der Technik
in Bezug auf Motorantriebe für
Drucker und verschiedene Motoren besteht darin, dass sie entweder
in einem Absetzantriebsmodus oder in einem Druck-Zug-Modus angesteuert
wurden.
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Der Absetzmodus hatte einen Strom
mit einer niedrigen Welligkeit, der den Wirkungsgrad verbesserte.
Der Ausgangsstrom konnte jedoch nicht nach Bedarf verringert werden.
So konnte er nur sehr schwer mit linearen Steuerungen eingesetzt
werden, um den Motor zu veranlassen, gemäß Anforderungen zu arbeiten,
wie sie in Druckern und bestimmten anderen Motoranwendungen vorliegen.
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Druck-Zug-Motorantriebe erzeugen
und verringern Strom nach Bedarf. Sie haben jedoch den Nachteil
eines Stroms mit hoher Welligkeit, was den Wirkungsgrad verringert.
Der Druck-Zug-Konverter steuert den Motor positiv an, bis ein Bezugspunkt
erreicht ist. Die den Motor ansteuernde Brücke wird dann umgekehrt, und
der Strom wird negativ angesteuert, bis der nächste Zyklus beginnt. Die Verlangsamung
oder Stromreduzierung in einem Druck-Zug-Design ist linear und gesteuert. Die
Ströme
haben jedoch eine äußerst hohe
Welligkeit, so dass überschüssige Motorenergie
zurück
zur Versorgung entladen wird. Dies erfordert zusätzliche Schaltungen im Leistungssystem,
um die gespeicherte Energie im Motor abzuführen.
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Die US-A-3 941 051 offenbart einen
konventionellen Rasterdrucker.
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Die EP-A-700 594 offenbart ein dreistufiges Antriebsverfahren
für einen
Motor.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen abgeglichenen Absetzantrieb bereitzustellen, der
grundsätzlich
wie zwei einander ergänzende
Konverter arbeitet.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, diesen
abgeglichenen Absetzantrieb so bereitzustellen, dass der erste Teil
des Zyklus antreibt, bis ein positiver Bezugswert erreicht ist.
Danach durchläuft
das System, nach dem zweiten Teils des Zyklus und dem Senken des
Stroms mit Gegen-EMK, einen dritten Zwischenzyklus und einen vierten
Zyklus, so dass sich ein verbesserter abgeglichener Absetzantrieb
ergibt.
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Der abgeglichene Absetzantrieb löst eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, indem er einen Strom vergleichbar mit
dem absetzartigen Antrieb hält.
Er spricht jedoch auf Anforderungen von mehr oder weniger Strom
innerhalb jedes Umschaltzyklus an.
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Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, dass
der abgeglichene Absetzantrieb dieser Motorsteuerung überschüssige Motorenergie
in den Motorwicklungen und nicht im Leistungssystem oder in den Steuerschaltungen
ableitet.
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Es ist eine weitere Aufgabe, dass
der abgeglichene Absetzantrieb ein einheitlicheres Drucken ermöglicht,
indem ein glatterer Motorbetrieb gewährleistet und die Stromwelligkeit
begrenzt wird, die den Motorbetrieb und die entsprechende Druckqualität beeinträchtigt.
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Der abgeglichene Absetzantrieb der
vorliegenden Erfindung verbessert den Antrieb von Druckermotoren
sowie von Motoren im Allgemeinen, z. B. bürstenlosen DC-Motoren des erfindungsgemäßen Druckers,
DC-Bürstenmotoren
und DC-Schrittschaltmotoren.
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Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung bestehen
nicht nur darin, den Drucker der vorliegenden Erfindung anzutreiben,
sondern die anwendbaren Prinzipien und die Erfindung sollen allgemein auch
auf andere Motortypen angewendet werden können.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, die von Bedeutung ist, ist die, dass Motor, Gegengewicht
und Hammerbank für
den Betrieb gekoppelt sind, nachdem sie in eine Regelkreisbeziehung gebracht
wurden. Dies ermöglicht
effektiv eine elektrisch verriegelte Beziehung zwischen Motor und Hammerbank.
Dies wird mit Hilfe eines einzelnen Sensors erzielt, der lediglich
die Position des Motorläufers
erfasst, die wiederum in die Position der Hammerbank eingebunden
ist.
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Aus diesen Gründen ist die Erfindung ein
erheblicher Fortschritt gegenüber
dem Stand der Technik und erweitert Zeilendruckerfunktionen sowie
einen ruhigen Betrieb, einen schnellen Betrieb sowie Langlebigkeit
und ein feineres Drucken für
einen Zeilendrucker, als dies mit dem Stand der Technik bisher möglich war.
Sie ermöglicht
auch eine verbesserte Steuerung bürstenloser DC-Motoren, DC-Bürstenmotoren und DC-Schrittschaltmotoren
im Allgemeinen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft einen Rasterdrucker und
ein Verfahren zum Ansteuern eines Rasterdruckers, umfassend eine
Mehrzahl von Hämmern,
die teilweise eine Hammerbank bilden, wobei der Motor Spulen zum
Antreiben der genannten Hammerbank aufweist, Mittel zum Auslösen der
genannten Hämmer
zum Bedrucken eines Druckmediums, ein mechanisch mit der genannten
Hammerbank verbundenes Gegengewicht und Mittel zum Verbinden der
Position des genannten Motors mit der Position der genannten Hammerbank.
In einem ersten Aspekt ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung zum Antreiben die Aufgabe hat, die genannten Spulen
positiv und dann negativ anzusteuern, nachdem der Strom in den Spulen
teilweise abgeklungen ist, und umfasst Mittel, um den Strom in den
Spulen weiter abklingen zu lassen, nachdem die genannten Spulen
negativ angesteuert wurden.
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Von großer Bedeutung ist die Tatsache,
dass die vorliegende Erfindung einen Motorantrieb verwendet, der
in einem abgeglichenen Absetzmodus arbeitet. Man ist der Ansicht,
dass dies in Bezug auf Drucker dieses Typs sowie auf damit analoge
Motorantriebe neu ist. Der abgeglichene Absetzantrieb arbeitet wie
zwei einander ergänzende
Absetzkonverter.
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Die Verbesserung betrifft die Tatsache,
dass der Zyklus in vier Teile unterteilt wird. Der erste Teil des
Zyklus steuert den Motor an, bis ein positiver Bezugspunkt erreicht
ist. Danach verringert der zweite Teil den Strom zurück mit Gegen-EMK
wie bei einem standardmäßigen Absetzkonverter.
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Im dritten oder Zwischenteil steuert
der abgeglichene Absetzantrieb der vorliegenden Erfindung negativ
an, bis ein negativer Bezugspunkt erreicht ist. Schließlich senkt
der vierte Teil den Strom mit Gegen-EMK, bis der Zyklus nach dem
Rückstellen
wiederholt wird.
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Der abgeglichene Absetzantrieb ergibt
einen Strom mit niedriger Welligkeit im Vergleich zu der Welligkeit
im Absetzansteuerungsmodus. Er spricht daher auf Anforderungen nach
mehr oder weniger Strom in jedem Schaltzyklus an. Er leitet überschüssige Motorenergie
in den Motorwicklungen und nicht im Leistungssystem ab.
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Infolge des oben Gesagten wird davon
ausgegangen, dass die vorliegende Erfindung einen erheblichen. Fortschritt
gegenüber
dem Stand der Technik sowohl für
Drucker als auch für
Motorantriebe analog zu dem Typ von Motoren bedeutet, die wie oben
beschrieben eingesetzt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Perspektivansicht des integral angesteuerten und abgeglichenen
Zeilendruckers der vorliegenden Erfindung mit seinem Pendelrahmen,
der auf einer mechanischen Basis montiert wird.
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2 zeigt
eine Perspektivansicht des integral angetriebenen und abgeglichenen
Zeilendruckers mit Blick auf die Seite, die der in 1 gezeigten gegenüber liegt, wobei ein Bruchstück der Hammerbankabdeckung
und der Bandabdeckung weggelassen wurde, um die Hämmer der
Hammerbank freizulegen.
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3 zeigt
eine auseinandergezogene Ansicht der Komponenten des integral angetriebenen und
abgeglichenen Zeilendruckers in derselben Richtung wie der von 1.
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4 zeigt
eine Seitenansicht der Verbindungsstäbe zum jeweiligen Antreiben
von Hammerbank und Gegengewicht.
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5 zeigt
einen Seitenriss der jeweiligen Hammerbank- und Gegengewichtverbindungsstäbe, 90° von der
in 4 gezeigten Position
angetrieben.
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6 zeigt
eine Ansicht der Antriebswelle mit den Exzentern und Lagern im Schnitt
entlang der Linie 6-6 von 4.
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7 zeigt
eine Seitenansicht der Linearlager, Wellen und Verbindungen in Bezug
auf die Hammerbank mit Blick in Richtung der Linie 7-7 von 4.
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8 zeigt
eine Draufsicht nach unten auf den erfindungsgemäßen Drucker.
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9 zeigt
eine auseinandergezogene Ansicht des Motors und des integrierten
Schwungrades der vorliegenden Erfindung.
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10 zeigt
eine Ansicht der relativen Positionen der Magnetabschnitte des Ringmagnets
des Motors in Bezug auf die Nord- und Südausrichtung der magnetisierten
Abschnitte des Rings.
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11A zeigt
die elektrischen Anschlüsse für die verschiedenen
Spulen des Ständers
des Motors der vorliegenden Erfindung mit alternativen Y- oder Delta-Anschlüssen.
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11B zeigt
die in einer Delta-Konfiguration verbundenen Spulen.
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11C zeigt
die in einer Y-Konfiguration verbundenen Spulen.
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11D zeigt
die Spulen des Motors in der Y-Konfiguration,
wobei die Spulen 606 bis 616 mit Anschlüssen A,
B und C analog zu den Anschlüssen 618, 620 und 622 verbunden
sind.
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12 zeigt
eine grafische Darstellung der Absetzantriebe des Standes der Technik.
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13 zeigt
eine grafische Darstellung der Druck-Zug-Antriebe des Standes der Technik.
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14 zeigt
eine grafische Darstellung des abgeglichenen Absetzantriebs der
vorliegenden Erfindung.
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15 zeigt
die den abgeglichenen Absetzantrieb steuernde. Zustandsmaschine.
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16 zeigt
die Zustandsmaschine mit den Eingangssignalen und dem D/A-Konverter
zum Erzeugen der Signale.
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17 zeigt
eine H-Brücke
mit einer Spule analog zu der, die im Motor der vorliegenden Erfindung
verwendet wird.
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18 zeigt
die Spule des Motors der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit
den Komponenten der H-Brücke.
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19A zeigt
die Implementation des abgeglichenen Absetzantriebs der vorliegenden
Erfindung für
einen dreiphasigen bürstenlosen
Gleichstrommotor.
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19B zeigt
die Implementation des abgeglichenen Absetzantriebs für einen
Gleichstrom-Bürstenmotor.
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19C zeigt
die Implementation des abgeglichenen Absetzantriebs für einen
Gleichstrom-Schrittschaltmotor.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSGESTALTUNGEN
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Insbesondere aus den 1 und 2 ist
ersichtlich, dass eine Basis 10 mit einer mechanischen Basis
verbunden ist und einen Teil eines Gehäuses oder Ständers bilden
kann. Unterhalb der Basis 10 befindet sich eine Reihe von
Querelementen, die eine Verstärkung
bilden. Die Basis 10 ist mit Wellen 12 und 14 an
einer mechanischen Basis montiert, die auf der mechanischen Basis
rotieren können.
So kann die gesamte Druckerkonstruktion gedreht werden, so dass
die Hämmer
in Bezug auf eine Trommel, gegen die sie schlagen, eingestellt werden
können, da
die Montagewellen 12 und 14 zwei Abschnitte eines
dreiteiligen Rahmens umfassen. Der dritte Abschnitt des Rahmens
ist eine Halterung 16, die einstückig mit der Basis 10 ausgebildet
ist, um diese in einer starren Beziehung mit einer Montageschraube 18 mit
einem Innensechskantkopf 20 zu halten. Die Einstellung
kann durch Heben und Senken und Verstellen der Montageschraube 18 erfolgen.
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1 zeigt
eine Hammerbank 22 der vorliegenden Erfindung von hinten,
während 2 die Hammerbank in einem
Zustand zeigt, in dem die Hämmer
exponiert und in Dreiergruppen auf Stegen 26 ausgebildet
sind, die mit der Hammerbank verschraubt sind.
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Jeder Hammer 24 hat ein
bolzenähnliches Element 64,
das gegen ein Band gegen ein darunter liegendes Druckmedium wie
z. B. Papier schlägt.
Das Band läuft
zwischen einer Bandmaske 30 und einer Hammerbankabdeckung 32,
die zusammengehalten werden und an der unteren Grenzfläche 34 verbunden
sind, befestigt durch vier Magneten, von denen einer als Magnet 38 dargestellt
ist.
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Eine Leiterplatte 42 mit
einer Mehrzahl von Elektronikkomponenten steuert die Hämmer 24 an und
ist mit einem Flexikabel 44 verbunden, das wiederum mit
einer Abschlussplatte 46 für den Anschluss an eine Zentral-
und Datenverarbeitungseinheit verbunden ist.
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Ein Leitungsanschluss ist im Klemmenblock 50,
eine Logikverbindung durch einen Logikverbinder 52 gegeben.
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Aus 7 ist
ersichtlich, dass jeder Hammer 24 einen verengten Abschnitt 60 aufweist,
der in einem verbreiteten Abschnitt 62 mit einer Spitze 63 am Ende
endet. Die Leiterplatte 42, die an der Verbindung 44 endet,
stellt die Logik zu elektronischen Ansteuerungskomponenten bereit,
damit die Hämmer 24 ausgelöst werden
können.
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Die Hammerbank 22 ist so
befestigt, dass sie von zwei jeweiligen Anätzen angetrieben wird, wobei der
Antriebsansatz 72 und der Nachlaufansatz 74 jeweils
mit einem Hochfestigkeitsklebstoff an einem konkaven Abschnitt 76 der
Hammerbank 22 befestigt sind. Der Antriebsansatz 72 hat
einen Antriebsblock 80 mit einem flachen Abschnitt 84,
wie in den 4 und 5, ersichtlich ist. Durch
den Antriebsansatz 72 und den Nachlaufansatz 74 verläuft jeweils
eine Welle 90 und 92, die sich auf den Wellen
hin und her bewegen und wie in 7 gezeigt
in einem linearen Lager 94 ruhen.
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Die Wellen 90 und 92 sind
mit vier Klammern 104, 106, 108 und 110 an
der Basis l0 befestigt. Diese vier Klammern sind in 3 ausführlicher dargestellt und haben
eine konkave Innenfläche 114 zur Aufnahme
eines Abschnitts der Wellen. Sie dienen zum Befestigen der Wellen 90 und 92 an
den Flachstücken 116 wie
in 4 gezeigt. Diese
Flachstücke 116 befestigen
die Wellen 90 und 92 fest an der Basis 10 und
werden von einer Schraube und einer Zwischenscheibe 118 befestigt,
die jede Klammer 104, 106, 108 und 110 und
ihre zugehörige
Welle befestigen.
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Eine allgemeine rechteckige Konfiguration bildet
das Gegengewicht 130, das die Hammerbank 22 teilweise
umgibt und sich hin und her und in entgegengesetzten Richtungen
zur Hammerbank 22 bewegt. Das Gegengewicht 130 ist
für eine
parallele Bewegung mit der Hammerbank 22 in enger Näherungsbeziehung
ausgerichtet, und beide werden kollektiv als Pendel bezeichnet.
Das Gegengewicht 130 ist ein Druckgussrahmen mit einem
oberen Element 132 und einem unteren Element 134.
Die Enden des Gegengewichts 130 sind mit aufrechten Abschnitten 136 und 138 versehen,
die grob eine rechteckige Öffnung 140 definieren.
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Das Gegengewicht 130 ist
mit flexiblen Bändern
oder Blattfedern 144 und 146 auf der Basis gelagert,
die jeweils mit Klammern 150 und 152 und Innensechskantkopfschrauben
an der Basis 10 befestigt sind. Die Halteblätter 144 und 146 erlauben
eine Hin- und Herbewegung des Gegengewichtes 130 in der
Längenrichtung
des Gegengewichts. Die Abstützblätter des
Gegengewichts 130 sind in 4 in ihrer
Antriebsbewegung gebogen dargestellt.
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Hammerbank 22 und Gegengewicht 130 werden
von einer ersten Welle oder Antriebsstange 170 auf einem
Verbindungsstab oder Kurbelarm 172 angetrieben. Der Kurbelarm
oder Stab 172 weist ein Kugellager 174 auf, das
mit Loctite in eine Öffnung 176 gepresst
wurde, die von einer Öffnung 180 gebildet
wird, die einen Teil des Kurbelarms oder Stabes bildet. Der Verbindungsstab 172 endet
an einem flexiblen Federarm 190, der an das Ende des Verbindungsstabes
oder Kurbelarms angeschraubt ist. 4 zeigt
die Bewegung in einer relativ ausgerichteten Position, während sie
in 5 gebogen dargestellt
ist.
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Ein zweiter Kurbelarm oder Verbindungsstab 200 ist
mit einer länglichen
Verbindung 202 mit einer kreisförmigen Öffnung 204 dargestellt,
die ein Kugellager 206 enthält. Der Verbindungsstab 200 endet
in einem flexiblen Biegefederstabelement 212, das mit Schrauben
an einer wiederum von Schrauben gehaltenen Klammer 220 am
Gegengewicht 130 befestigt ist.
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Zum Antreiben von Hammerbank 220 und Gegengewicht 130 werden
die Kurbelarme 172 und 200 um 180° voneinander
versetzt von einer Kurbel oder Welle 230 mit zwei integralen,
versetzten, exzentrischen, kreisförmigen Abschnitten angetrieben. Ein
Exzenter 232 ist mit jedem Verbindungsstab 200 verbunden,
und der Exzenter 234 ist mit dem Kurbelarm oder Verbindungsstab 172 verbunden.
Diese beiden jeweiligen Exzenter 232 und 234 bewegen sich
in dem jeweiligen Kugellager 206 bzw. 174.
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Zum Abstützen der Kurbel oder Welle 230 wird
eine vordere Tragplatte 240 mit einem Lager 242 verwendet,
das für
eine Rotationsbewegung in eine Öffnung 244 eingesetzt
ist. Die Kurbel oder welle 230 rotiert um eine Achse, die
durch die Mitte der Kurbel oder Welle 230 gebildet wird,
so dass die exzentrischen kreisförmigen
Abschnitte 232 und 234 veranlasst werden, jeweils
Kurbelarme oder Verbindungsstäbe 172 und 200 um
180° voneinander
versetzt hin und her anzutreiben. Die obige Bewegung ist aus den 4 und 5 ersichtlich.
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Während
der Hin- und Herbewegung kann sich die Hammerbank 22 in
einem gewissen Ausmaß um
die Achse der Wellen 90 und 92 drehen. Um diese
Rotation zu verhindern, wird eine Drehsicherungsplatte 300 verwendet
und mit zwei Schrauben am Einsatzabschnitt 302 an der Hammerbank 22 befestigt.
Die Drehsicherungsplatte 300 bildet eine Oberfläche, die
fest an einer Knopf- oder Sitzfläche 304 gehalten
werden kann. Die Knopf- oder Sitzfläche 304 ist ein scheibenähnliches
Element mit einer gerundeten oder konvexen Oberfläche 306 und
einem flachen Abschnitt oder einer flachen Oberfläche 308. Der
gerundete Abschnitt 306 sitzt innerhalb eines Drehsicherungsnabenelementes 310 mit einem
konvexen, gerundeten, becherartigen Sitz zum Aufnehmen der Scheibe.
So kann die Scheibe 304 ihre flache Fläche in Beziehung zur Drehsicherungsplatte 300 so
einstellen, dass die beiden Flachstücke aneinander liegen.
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Die Hammerbank 22 wird durch
eine Spiralfeder 320, die an einem Bolzen 322 an
der Basis 10 und durch eine Öffnung 324 in der
Drehsicherungsplatte befestigt ist, gegen die Drehsicherungsplatte 300 vorgespannt.
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Um die Kurbel oder Welle 230 zu
drehen, wird ein bürstenloser
Gleichstrommotor verwendet, der in einem kreisförmigen Gehäuse 350 mit einem freiliegenden
Abschnitt platziert ist. Der bürstenloser Gleichstrommotor
wird von drei Leitungen 352 gespeist, die mit einer Leiterplatte 354 mit
Anschlüssen verbunden
sind, die Leistung zu einem Ständer 356 verteilen.
Der Ständer 356 hat
eine Reihe von Ständerspulen 358,
die so mit den Leiterplattenanschlüssen 354 verbunden
sind, dass gestufte Impulse den Motor in Drehung versetzen.
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Der Motor ist ein von innen nach
außen
gekehrter Motortyp mit einem Ferritmagnetring 360 mit Nord-Süd-Polaritäten, die
auf die in 10 gezeigte Weise
orientiert sind. Der Motor hat einen Schwungradabschnitt 364,
der durch Platzierung auf dem Magnetring 360 mit dem Motor
verbunden ist, die beide Läufer
genannt werden.
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Das Schwungrad 364 hat eine
Schwungradwelle 366 mit einer Öffnung 368, die die
durch sie passierende Kurbel oder Welle 230 aufnimmt, und sitzt
in einer Öffnung 370 der
Basis 10. Die Öffnung 370 hat
eine Halterung 372 und ein Lager (nicht dargestellt), das
die Schwungradwelle 366 abstützt, um die Kurbel oder Welle 230 zu
drehen.
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Das Schwungrad 364 hat eine
Mehrzahl von Zähnen,
Kerben bzw. Stegen und Nuten 380 bzw. 382 um seine
Oberfläche,
die gleichmäßig beabstandet
sind, ausgenommen dort, wo in 1 ein(e)
vergrößerte(r)
Raum oder Nut 386 dargestellt ist. Diese(r) vergrößerte Raum
oder Nut 386 kann das Äquivalent
von zwei Nuten 382 umfassen, damit eine Nichtkontinuität der Stege
und Nuten 380 und 382 erfasst werden kann. Dies
ermöglicht
Telemetrie von Ausrichtung und Geschwindigkeit des Schwungrades 364 und
der Welle, mit der/dem entsprechend ausgerichteten Hammerbank 22 und
Gegengewicht 130 (kollektiv als Pendel bezeichnet).
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Die Stege und Nuten 380 und 382 ermöglichen
die Erfassung von Bewegung durch einen veränderlichen Reluktanzmagnetdetektor 390 mit
einem mit Leitungen 394 verbundenen. Dauermagnet 392. Bei
jeder Passage eines Stegs 380 bewirkt die Magnetausrichtung
zwischen Dauermagnet 392 und Spule 391 die Erzeugung
eines Signals auf den Leitungen 394.
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Der erste Start des Druckers mit
vom Motor gedrehter Welle 230 bewirkt eine Rotation derselben mit
etwa 250 bis 300 UpM, wonach der Aufnahmeimpuls durch den Sensor 390 stabiler
wird. Der Aufnahmeimpuls orientiert Schwungrad 364 und
Antrieb in Bezug auf den/die vergrößerten Raum, Spalt oder Nut 386.
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Der in den 9, 10 und 11 dargestellte Motor arbeitet
auf einer Steuerkreisbasis, bis die ordnungsgemäße Synchronisation erfasst
ist. Er arbeitet dann völlig
auf Regelkreisbasis, so dass er sich entsprechend den Druckbetriebsanforderungen
bewegt.
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Die Spulen 356 werden so
erregt, dass sie jeweils durch ihre Verbindungen gemäß Darstellung in 11 aneinander gebunden sind.
Die Spulen 358 können
als eine erste Spule 606 gesehen werden, die mit einer
zweiten Spule 608 um einhundertachtzig Grad (180°) davon versetzt verbunden sind.
Eine dritte Spule 610 ist mit einer vierten Spule 612 verbunden,
die wiederum um einhundertachtzig Grad (180°) von der Spule 610 versetzt
ist. Schließlich
sind eine fünfte
Spule 614 und eine sechste Spule 616 in einem Abstand
von einhundertachtzig Grad (180°)
verbunden. Diese jeweiligen Verbindungen sind als Anschlüsse, Klemmen
oder Leitungen 618, 620 und 622 zu sehen,
die diejenigen umfassen, die mit Leitungen 352 verbunden
sind oder diese bilden. Mit Spule werden hier die Spulen oder Wicklungen
eines Motors bezeichnet.
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Gemäß Darstellung in den 11A, 11B, 11C und 11D sind eine Y- und eine
Delta-Schaltung Alternativen. Die Verbindung der Spulen und die
Y- und Delta-Konfiguration basieren auf der Annahme, dass die Spulen 606 bis 616 mit
denen der Y- oder Delta-Konfiguration äquivalent sind, mit Ausnahme der
Tatsache, dass sie im Ständer
in Y-Konfiguration mit
den Anschlüssen
A, B und C verbunden sind, die mit den Anschlüssen 618, 620 und 622 äquivalent sind,
oder in Delta-Konfiguration, äquivalent
mit beiden vorherigen Anschlüssen.
Die Y-Konfiguration ist mit Spulen in derselben Ausrichtung wie
bei denen im detaillierten Ständer
dargestellt.
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In der Tat ermöglicht die Y- oder Delta-Konfiguration
eine Ansteuerung des Motors mit der vorliegenden Erfindung wie nachfolgend
beschrieben in derselben Weise wie diese Spulen des detaillierten Ständers 606 bis 616.
Der einzige Unterschied besteht darin, dass sie anders verbunden
sind und dementsprechend anders erregt werden. Es ist jedoch zu
beachten, dass die Spulen in einer Mehrspulenbeziehung in der Y-
oder Delta-Konfiguration dargestellt sind, so dass tatsächlich zwei
Spulen mit den Anschlüssen
A, B oder C verbunden wurden, die mit den Anschlüssen 618, 620 und 622 äquivalent
sind. Dies erlaubt eine Erregung der mehreren Spulen.
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Allgemein ausgedrückt, um eine gesteuerte Bewegung
zu bewirken, erzeugt die Ansteuerung zum Startzeitpunkt den Fluss
einer großen
Menge Strom durch eine der Motorspulen, z. B. eines der Paare, wie
z. B. das Paar 606 und 608 oder dessen Äquivalent
in der Y- oder Delta-Konfiguration. Dadurch wird der Motor in eine
bekannte Position gedreht und dann gestoppt. Durch Kurzschließen der beiden
anderen Spulenpaare wird die Bewegung gedämpft und Oszillationen werden
beseitigt. Nach dem Anhalten des Motors für einen Augenblick wird der
Strom durch das nächste
Spulenpaar geleitet, so dass der Motor in Drehung versetzt wird.
Der Ständer in
der Form der Spulen 356 kommutiert nach dem Start mit einer
höheren
Geschwindigkeit. Wenn der Sensor 390 sowohl Geschwindigkeit
als auch Position erfasst, dann wechselt der Antrieb vom Steuermodus
in den Regelmodus.
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Der abgeglichene Absetzantrieb der
vorliegenden Erfindung, der das Kernstück der erfinderischen Aspekte
bildet, wird auf den Motor des Druckers der vorliegenden Erfindung
angewendet, bei dem es sich um einen dreiphasigen bürstenlosen Gleichstromotor
handelt, er kann jedoch auch auf andere Gleichstrommotoren wie z.
B. einen DC-Bürstenmotor
und einen DC-Schrittschaltmotor angewendet werden. Der Stand der
Technik mit Bezug auf die Ansteuerung solcher Motoren ist aus den 12 und 13 ersichtlich.
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Aus 12 ist
ersichtlich, dass der sich auf einen Absetzantrieb beziehende Stand
der Technik. mit Bezug auf Strom (I) auf einer Achse und Implementation,
Pulsierung oder Leitung von Strom in Bezug auf jede entsprechende
Spule entlang der Zeitachse (T) dargestellt sind.
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Wenn die Spulen wie z. B. die in 11 gezeigten Spulen des
Motors zunächst
in der Absetzkonfiguration des in 12 gezeigten
Standes der Technik erregt werden, dann. steigt der Strom (I) bis zu
einem bestimmten Wert an, um eine jeweilige Spule anzusteuern. Wenn
die Spulen 606 bis 616 beispielsweise mit einem
Absetzantrieb erregt werden sollen, dann steigt der anfängliche
Eingangsstrom (I) bis auf einen oberen Bezugspunkt wie z. B. Niveau 700 an
und beginnt dann abzufallen. Die Anstiegsrate im Strom (I) ist vom
oberen Bezugsniveau 700 zum unteren Bezugsniveau 702 nicht
regelbar.
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Der Absetzantrieb hat jetzt einen
Strom mit niedriger Welligkeit, der den Wirkungsgrad verbessert,
aber nicht leicht regelbar ist. Es ist klar, dass Welligkeitsstrom
in einer Motorwicklung überschüssige Wärme erzeugt
und den Wirkungsgrad des Motors verringert.
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Der Nachteil des Absetzantriebs besteht
darin, dass er den Ausgangsstrom (I) nicht nach Bedarf verringern
kann. Dies macht es schwierig, lineare Steuerschaltungen zu verwenden.
Der Absetzantrieb steuert grundsätzlich
positiv an, bis ein Bezugspunkt wie z. B. der Bezugspunkt 700 erreicht
ist. Der Strom geht dann im nächsten
Zyklus bis zum Niveau 702 zurück. Der Gegen-EMK des Motors
bestimmt die Stromabnahmerate.
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Eine Verlangsamung eines Motors oder
eine Reduzierung des Wicklungsstroms beim Schrittschalten oder Pulsieren
erfordert ein Setzen des Absetzantriebs in einen Bremszustand, der
für überschüssigen Strom
blind ist, oder ein Umschalten der Brücke in den Umkehrmodus. Dies
verursacht eine Unterbrechung des Steuersystems und kann von einer
linearen Schaltung nicht leicht bewältigt werden.
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13 zeigt
den Effekt der Druck-Zug-Schaltung auf die Spulen in Bezug auf den
Anstieg des Stroms (I). Der Druck-Zug-Schaltkomplex kann Strom nach
Bedarf erhöhen
und verringern, leidet aber an einem Strom mit hoher Welligkeit.
Dies erzeugt erhebliche Ineffizienzen. Die Stromkurve des Druck-Zug-Konverters
von 13 treibt den Strom
bis zu einem Bezugspunkt 704 durch die positive (P) Schubphase
und zieht ihn dann negativ (N) bis zu einem Bezugspunkt 706 herunter,
der die untere Referenz ist. Die Bezugsspannung kann ganz nach Belieben
innerhalb der Spulen des Motors gewählt werden.
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Um vom Bezugspunkt 704 zum
tieferen Bezugspunkt 706 zu kommen, wird die Brücke umgekehrt,
und der Strom wird negativ (N) angesteuert, bis der nächste Zyklus
beginnt. Das Verlangsamen oder Reduzieren des Stroms in einem Druck-Zug-Design wird linear
gesteuert. Aufgrund der/des überschüssigen Motorenergie
oder Stroms wird dieser Strom jedoch zurück auf die Stromquelle oder
-versorgung gesetzt. Dies kann zusätzliche Schaltungen im Leistungssystem
erfordern, um die gespeicherte Energie abzuleiten, wenn der Strom
vom Bezugspunkt 704 auf den Bezugspunkt 706 gezogen
wird.
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Die Erfindung hierzu, nämlich der
abgeglichene Absetzantrieb, ist aus 14.
ersichtlich. Zusammenfassend arbeitet er wie zwei einander ergänzende Absetzkonverter.
Der Zyklus ist in vier Teile unterteilt. Der erste Teil des Zyklus
steuert positiv (P) vom Strombzugspunkt 708 zum Strombezugsniveau 710 an.
Wenn der positive (P) Bezugspunkt bei 710 erreicht ist,
dann wird ein e) Abnahme oder Abklingen des Stroms (I) in der Nähe des zweiten
Abschnitts der Phase zugelassen, nämlich von Bezugspunkt 710 zu 712.
Dies ist grundsätzlich
wie beim Absetzkonverter. Aber vom Bezugspunkt 712 zu 714 wird eine
dritte oder Zwischenphase realisiert, in der das erfindungsgemäße System
negativ (N) ansteuert, bis der gewünschte negative Bezugswert
erreicht ist. Danach wird in der vierten Phase von Bezugspunkt 714 zu 716 der
Strom. mit Gegen-EMK verringert, bis der Zyklus wieder vom unteren
Bezugspunkt 708 zu 710 und dann wieder durch die
zweite Phase zu 712 und die dritte oder Zwischenphase zu 714 zum
Bezugsniveau 708 wiederholt wird.
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Wenn der Stromänderungsbedarf groß ist und
einer der Ansteuerungsteile des Zyklus nicht endet, dann kann er
so lange fortgesetzt werden, bis der Bezugswert 708 erreicht
ist. Der komplementäre positive
(P) oder negative (N) Zyklus wird bei Bedarf übersprungen.
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Der in 14 schematisch
dargestellte abgeglichene Absetzantrieb spricht auf eine Anforderung
nach mehr oder weniger Strom in jedem Umschaltzyklus an und führt überschüssige Motorenergie
in der Motorwicklung und nicht im Leistungssystem ab.
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Die Anwendung des obigen abgeglichenen Absetzantriebs
bei Implementation in den Spulen lässt sich spezifischer im H-Brückenantrieb
ersehen, der in den 17 und 18 dargestellt ist.
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Als Beispiel für einen H-Brückenantrieb
zeigt 17 eine H-Brücke mit
MOSFET-Feldeffekttransistoren (FETs) 720, 722, 724 und 726.
Diese FET-Schalter oder -Transistoren in der Brücke leiten oder pulsieren Strom
zu einer bestimmten Spule wie z. B. der Spule 728, die
mit den Spulen 606 bis 618 oder denen in der Y-
oder Delta-Konfiguration des Motors analog wären. Für dieses besondere Beispiel verlangt
die Spule 728, die grundsätzlich eine kombinierte Spule
aus zwei Spulen der Motorwicklung wäre, um positiv (P) erregt zu
werden, dass die FETs 720 und 726 eingeschaltet
sind. Wenn eine positive Ansteuerung über eine Spule wie die beispielhafte Spule 728 gewünscht wird,
dann wird der FET 720 zusammen mit FET 726 eingeschaltet,
so dass der Strom in der Richtung von positiv (P) zu negativ (N) fließt.
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Wenn ein Stromfluss in der entgegengesetzten
Richtung von der Minus- zur Plusseite der beispielhaften Spule 728 gewünscht wird,
dann schalten FET 724 und FET 722 ein, so dass
der Strom in der anderen Richtung fließen kann. Damit Strom zirkulieren
kann, werden die beiden FETs 722 und 726 eingeschaltet,
so dass der Stromfluss zirkuliert und die Spule in keiner Richtung
ansteuert.
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Wenn man einmal speziell 18 betrachtet, dann wird
ersichtlich, dass dies eine Implementation der FETs mit den Spulen
L1, L2 und L3 ist, die mit den jeweiligen Spulen der Motorwicklungen 606, 608, 610, 612, 614 und 616 äquivalent sind.
Diese Spulen L1, L2 und L3 sind auch mit denen in der Y- oder Delta-Konfiguration äquivalent,
so dass die Spulen wie konfiguriert insoweit ähnlich wären, wie sich die FET-Treiber auf diese
Spulen beziehen. Ebenso wird eine geteilte H-Brücke verwendet, so dass keine
volle H-Brücke
für die
drei Spulen L1, L2 und L3 benötigt
wird.
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Um die Erfindung gemäß 18 zu implementieren, sind
die FETs 730 und 732 mit den Spulen L1 sowie mit
den FETs 734 und 736 verbunden dargestellt. Bei
einem positiven Ansteuern der Spulen fließt Strom durch FETs 734 und 732,
wenn sie eingeschaltet sind. Bei negativem Ansteuern werden die FETs 730 und 736 eingeschaltet.
Wenn der Strombedarf gedeckt ist und eine minimale Änderung
gewünscht
wird, dann wird ein Rezirkulationsmodus aktiviert. Rezirkulation
wird durch Einschalten der FETs 736 und 732 erzielt,
oder alternativ können
aus Gründen
der gemeinsamen Wärmenutzung
FETs 734 und 730 verwendet werden. Um den Strom
in den beiden jeweiligen FETs für
eine vorgeschriebene Zeitperiode fließend zu halten, werden Kondensatoren 740 und 742 verwendet
und geladen gehalten.
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Wenn die Spulen L2 eingeschaltet
werden sollen, dann fließt
Strom von FET 730 zu FET 746. Bei Anwendung der
Implementation einer negativen Ansteuerung werden FET 748 und
FET 732 eingeschaltet. Rezirkulation wird durch Einschalten
der FETs 732 und 746 erzielt, alternativ können die
FETs 730 und 748 verwendet werden. Um den Stromfluss positiv
zu halten, wird gemäß Darstellung
ein Kondensator 750 zwischen dem Gate des FET 748 und dem
Anschluss an der Spule L2 verwendet, die geladen gehalten wird.
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Auf gleiche Weise werden, wenn die
Spulen L3 mit einem positiven Strom gespeist werden sollen, FET 734 und 746 eingeschaltet,
wobei Kondensator 742 geladen gehalten wird. Wenn die Spulen
L3 eine Implementation eines negativen Stroms verlangen, dann werden
die FETs 748 und 736 eingeschaltet. Rezirkulation
wird durch Einschalten der FETs 746 und 736 erzielt,
alternativ können
die FETs 748 und 734 verwendet werden.
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Das oben Gesagte zeigt allgemein
die Implementation des Ein- und Ausschaltens der FETs, um die abgeglichene
Absetzwirkung von 14 zu
erzeugen. Um jedoch die jeweiligen FETs wie in 18 gezeigt für die H-Brücke als Reaktion auf eine bestimmte
Spule einzuschalten, muss der Zustand der Spulen ermittelt werden,
und diese müssen
durch ein System gesteuert werden, bei dem es sich in diesem Fall
um eine digitale Zustandsmaschine handelt. Die Zustandsmaschine
ist in einer kreisförmigen
Logikkonfiguration und dem Diagramm von 15 umrissen.
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Im Allgemeinen erzeugt die Zustandsmaschine
von 15 zwei Systemtakte
um 90° phasenverschoben
für die
Synchronisation. Zwei Auffrischsignale werden von einem Systemtakt
um 180° phasenverschoben
erzeugt, eines für
die positive Zeit und eines für
die negative Zeit. Eine Auffrischung wird für jeden oberen oder positiven
Bootstrap-Ansteuerungskondensator benötigt, dargestellt als die oberen
Antriebskondensatoren 740, 742 und 750.
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Ein globaler Reset ergibt die Summierung dieser
Auffrischsignale. Die Zustandsmaschine wartet auf eine Auffrischung,
danach beginnt ein positiver oder negativer Zyklus. Für ein Verständnis der Zustandsmaschine
von 15 wird unterstrichen, dass
diese auf eine Auffrischung wartet und dass dann ein positiver oder
negativer Zyklus beginnt. Zur Betrachtung der Zustandsmaschine sei
angenommen, dass gerade ein positiver Zyklus beginnt. Daher ist
der Ausgabezustand während
der Auffrischung P (positiv oder Druck gleich null) und N (negativ
oder Zug gleich null). Während
des positiven Zyklus ist P (Druck) eins (1), und N (Zug) ist null
(0). In der Tat wird eine positive Ansteuerung P durch die Brücke wie
z. B. die Brücke implementiert,
die zuvor für
das Beispiel in den 17 und 18 angeführt wurde.
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Die Zustandsmaschine fährt so lange
fort, bis der Strom in den analogen Schaltungen in einer bestimmten
Spule größer ist
als. der Befehl, oder bis eine positive P-Auffrischung erreicht ist. Nach der Auffrischung
wird der positive P-Zyklus fortgesetzt. Wenn das positive P-Stromniveau erreicht
ist, beendet die Zustandsmaschine den positiven P-Zyklus und wartet
auf die negative N-Auffrischzeit
von P (Druck gleich null) und N (Zug gleich null). Wenn eine negative
N-Auffrischung fertig ist, dann beginnt der negative Zyklus und
der Ausgang ist P (Druck gleich null) und N (Zug gleich eins). Die
Schaltung wartet wieder auf einen Analogeingang, der besagt, dass der
Strom geringer ist als der Befehl für eine Auffrischung danach.
Nebenbei bemerkt, die Zustandsmaschine erzeugt auch einen Ausblendimpuls
für die analoge
Schaltung, der eine zu starke Störung
verhütet
und versucht, zu Beginn jedes positiven oder negativen Zyklus einen
sauberen Start zu gewährleisten.
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Wenn man einmal spezieller die Zustandsmaschine
von 15 mit Bezug auf
den abgeglichenen Absetzantrieb wie den von 14 betrachtet, dann lässt sich der Ablauf zum Steuern
der Eingabe in die Spulen ersehen. Die Eingänge der Zustandsmaschine sind
die analogen Komparatoren, die die Größe des Zugs oder der positiven
Impulse zu den Spulen (MAG-P) und die Größe des Zugs oder der negativen
Impulse zu den Spulen (MAG-N) bilden. Ebenso sind die Timing-Signale R (Reset),
RP (positiv auffrischen) und RN (negativ auffrischen) wie gezeigt.
Die Ausgänge
sind die P- und N- Signale, die die Ausgabebrücke steuern, wie in den späteren Figuren
ersichtlich wird.
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Das normale Fortschreiten durch die
Zustände
der Maschine ist A, B, D, E, F und H. Timing-Impulse RP und RN sowie
Eingänge
MAG-P und MAG-N bestimmen die Durchlaufgeschwindigkeit durch die
Zustände
mit Bezug auf die Stromreferenzwerte für die Spulen. Die MAG-P und
MAG-N Komparatoren sind blind, es sei denn, dass die Brücke positiv
(Zustand B) oder negativ (Zustand F) ansteuert.
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Der Controller sendet einen Ausblendimpuls, bevor
ein positiver oder negativer Zyklus beginnt (Zustand ACEG). Der
Ausblendimpuls gewährleistet, dass
sich der Strom-Feedback-Verstärker unterhalb des
Komparatorreferenzwertes befindet.
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Zwei Auffrischsignale RP und RN werden von
einem Systemtakt um 180° phasenverschoben erzeugt:
RP für
positive Zeit und RN für
negative Zeit. Eine Auffrischung wird für den oberen Bootstrap-Ansteuerungskondensator
wie z. B. die in 18 gezeigten
Kondensatoren benötigt,
d. h. den Kondensatoren 730, 742 und 750.
Wenn MAG-P oder MAG-N nicht vor RP oder RN enden, dann tritt die Maschine
in C oder G ein, um die Ansteuerungsbrückenkondensatoren 740, 742 und 750 aufzufrischen. Nach
dem Auffrischen fährt
die Maschine mit der Ansteuerung fort, bis MAG-P oder MAG-N in Bezug
auf die entsprechenden Bezugsniveaus erfüllt sind. Ein globaler Reset
R ist die Summierung von RP und RN. Die Zustandsmaschine wartet
dann auf einen Reset und beginnt mit einem positiven P- oder negativen N-Zyklus.
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Zur weiteren Erläuterung betrachten wir einmal
die Zustandsmaschine, wobei ein Strich über einer bestimmten Nomenklatur
sich auf die Tatsache bezieht, dass sie nicht existiert oder sich
nicht in diesem Zustand befindet. Wenn wir den Reset A mit Bezug
auf Reset R betrachten, der als Punkt 760 bezeichnet wird,
dann wird ersichtlich, dass der Zyklus beginnt und dass es bei 762 keinen
Reset gibt. Während
des Reset-Zustands 760 werden die Kondensatoren aufgefrischt.
An Punkt 764 beginnt der positive Zyklus, bei dem es sich
um das anfängliche
Bezugsniveau handelt. Dies ist dann, wenn die Spulen positiv angesteuert
werden, so wie wenn man von Punkt 708 ausgeht, um die Spule
wie in 14 gezeigt positiv
anzusteuern. Wenn das MAG-P Signal zu dem Zeitpunkt, an dem eine
Auffrischperiode erforderlich ist, nicht erfüllt ist, dann erfolgt das Auffrischen
der Kondensatoren wie diese Kondensatoren 730, 742 und 750 bei 768,
durch das RP-Signal 766 befohlen.
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In Zustand B, in dem der Ausgang
gleich oder größer ist
als der positive P Ausgang, geht die Größe der positiven Auffrischung
MRG-P weiter in Zustand D, der in dem Zyklus als Punkt 770 dargestellt
ist. In Zustand D wird ein Abklingen des Stroms mit der Gegen-EMK
gelassen. Dies ist äquivalent
mit Punkt 710 von 14,
wo das Abklingen des Stroms in der Spule auftritt. An dieser Stelle
kann aufgrund der asynchronen Natur des MAG-P Signals keine volle
Auffrischung garantiert werden, aber es erfolgt ein Reset R in der
Richtung und durch den Zyklus 772, bis ein Reset an Punkt 774 erzielt
ist. An Punkt 774 wartet der Zyklus, bis das Reset-Signal
bei 776 abbricht, und gewährleistet eine volle Auffrischung.
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An Punkt 778 beginnt der
negative Zyklus, so dass die Zustandsmaschine den Strom in negativer Richtung
ansteuert. An diesem Punkt sieht man, dass sie ihn in dem grafischen
Beispiel von 14 in der
Richtung von Punkt 712 zu 714 ansteuert. Wenn das
MAG-N Signal nicht erfüllt
ist, wenn eine Auffrischungsperiode erforderlich ist, dann erfolgt
eine Auffrischung bei Zustand 780 durch RN 782 gesteuert.
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Die negative Ansteuerung wird fortgesetzt, bis
das MAG-N Signal 784 erfüllt ist. Wenn MAG-N erfüllt ist,
dann rezirkuliert der Strom und klingt mit einer auf der Gegen-EMK basierenden langsamen Rate
ab. Aufgrund der asynchronen Natur von MAG-N wird eine zusätzliche
garantierte Auffrischperiode zwischen 786 und 780 auf
der Basis von Reset 788 erzeugt. Dies ergibt ein Abklingen
des Stroms von Punkt 714 zu 708 der grafischen
Darstellung des Spulenstroms in 14.
Reset beginnt dann an Punkt 788, so dass der Zyklus dann
wieder an Punkt 760 beginnen kann, um den positiven Impuls
zu erzeugen, der dann wieder von Punkt 708 zu Punkt 710 der
Implementation des Erregens der Spule wie in 14 gezeigt gehen muss.
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Die in 16 gezeigte
lineare Schaltung leitet die Zustandsmaschine, wenn der Strombedarf
gedeckt ist. Der Strom aus den Motoransteuerungsbrücken wie
den in 18 gezeigten
Brücken
oder die Implementation der verallgemeinerten Brücke in 17 wird durch einen einzelnen Abfühlwiderstand geleitet.
Das Signal von dem Abfühlwiderstand
wird pegelverschoben und verstärkt.
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Ein schnelles Impulsbreitenmodulationssignal
(PWM) auf Leitung 800. wird als Befehlssignal verwendet.
Dies ist das Signal, das die Größe MAG-P
des positiven Impulses (Druck) oder die Größe MAG-N des negativen Impulses
(Zug) bereitstellen soll. Das Impulsbreitenmodulations-(PWM)-Signal 800 wird
von einem D/A-Wandler (DAC) 802 empfangen, der ein Signal
auf Leitung 804 oder 806 erzeugt, um die jeweilige
Größe des positiven
P Signals (Druck) oder die Größe des negativen
N Signals MAG-N (Zug) zu vergleichen.
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Die Stromabfühlung erfolgt auf Leitung 810 und
wird durch einen Verstärker
verstärkt,
der durch den Verstärker 812 einen
Verstärkungsfaktor
von vier erzeugt. Dieses Signal auf Leitung 814 wird dann
von Komparatoren 816 und 818 mit Signalen auf
den Leitungen 804 und 806 verglichen. Diese Komparatoren 816 und 818 lassen
es dann zu, dass das verglichene Signal, bei dem es sich um das
MAG-P oder MAG-N Signal handelt, in die Zustandsmaschine von 15 geleitet wird, was mit
einem Taktgeber erfolgt. Der Ausgang der Zustandsmaschine ist dann
der P- oder N-Ausgang in der Form des MAG-P oder MAG-N Ausgangs
gemäß 15.
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Zwischen dem Ausgang der Zustandsmaschine
in Bezug auf die P- und N-Signale bewirken eine Ausgabebrücke und
der Schaltkomplex, der zum Konvertieren der Logiksignale und der
Gate-Ansteuerungssignale benötigt
werden, dass die Brücken
wie z. B. die in den 17 und 18 gezeigten Brücken die
Leistung zum Steuern des Motors bereitstellen.
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DC-Bürstenmotoren arbeiten mit einem
Controller und zwei Halbbrücken.
Die obere und die untere Halbbrücke
ergänzen
sieh und werden direkt von den P- und N-Ausgängen der Zustandsmaschine angesteuert.
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Schrittschaltmotoren arbeiten mit
zwei Controllern und zwei H-Brücken.
Sie werden wie die DC-Bürstenmotoren
konfiguriert und gesteuert. Die bürstenlosen DC-Motoren arbeiten
mit einem Controller und drei Halbbrücken. Das Pund das N-Signal werden
in eine Kommutatorschaltung gespeist und werden von einem Mikroprozessor
oder von Hall-Sensoren
gesteuert. Der Kommutator ergänzt jede
obere und untere Halbbrücke.
P und N werden während
der Rotation des Motors zu zwei der drei Halbbrücken bewegt.
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Ein Sonderfall zum Starten des bürstenlosen DC-Motors
arbeitet mit allen drei Halbbrücken
gleichzeitig. Zwei Halbbrücken
wie die in 18 gezeigten arbeiten
mit demselben Signal, so dass effektiv eine Wicklung des Motors
kurzgeschlossen wird. Durch das Kurzschließen einer Wicklung werden anfängliche
Positionierungsoszillationen beim Start des Motors mit den in 18 gezeigten Wicklungen
gedämpft.
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Wenn man 19 genauer betrachtet, dann sieht man,
wo die Ausführung
eines dreiphasigen bürstenlosen
DC-Motors gezeigt wird (BDC-Motor); es sind eine Gleichstrom-Bürstenmotorimplementation (DC-Motor)
und ein Gleichstrom-Schrittschaltmotor
(DC-Schritt-Motor) zu sehen.
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Beim Implementieren des dreiphasigen
bürstenlosen
Gleichstrommotors wie im oberen Teil von 19 gezeigt wird ersichtlich, dass ein
Befehl von einem Prozessor oder DAC 802 zur Zustandsmaschine
gesendet wird. Das Signal vom DAC ist eines, das vom Komparator
verglichen und dann angelegt wurde. Der Ausgang von der Zustandsmaschine, nämlich Ausgang
P oder N für
die Druck-P- oder jeweiligen Zug-N-Funktionen wird dann zu einem Drehstromkommutator
gesendet. Der Kommutator legt die P- oder N-Signale an die korrekten
Halbbrücken
und die Spule des Motors gemäß den Positions- und
Dämpfungseingängen an.
Diese Eingänge
können
von einem Prozessor kommen oder können von Sensoren wie z. B.
Hall-Effekt-Sensoren abgeleitet werden. Leistung wird dann zum bürstenlosen Gleichstrommotor
zur jeweiligen Spule gespeist. Strom-Feedback wird in der oben angegebenen
Weise zurück
zur Zustandsmaschine gespeist.
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Die DC-Bürstenmotorimplementation (DC-Motor) übernimmt
auch die Ausgabe von Prozessor oder DAC. Dieser wird so an die Zustandsmaschine
angelegt, dass ein Ausgang P oder N auf die jeweiligen Leitungen
P und N gesetzt und dann umgekehrt wird, so dass die Umkehrung jeweils
von oben nach unten an den oberen und unteren Brückeneingängen für die P-Leitung und den oberen unteren Eingängen für die N-Leitung
oder das Gegenteil jeweils für
jede wäre.
Die Leistungs-H-Brücke ermöglicht dann
ein Strom-Feedback zur Zustandsmaschine für die jeweilige Spule des DC-Motors.
Der DC-Bürstenmotor
arbeitet mit interner mechanischer Kommutation zum Wählen der
richtigen Spule. In der Tat betrachtet der Gleichstrommotor bei
jedem Zuführen
von Leistung nur eine Spule, der Zustandsmaschinenausgang braucht
nicht wie in der B-Gleichstrommotorimplementation kommutiert zu
werden.
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Der DC-Schrittschaltmotor erfordert
eine individuelle Steuerung jeder Spulenschaltung für einen ordnungsgemäßen Betrieb.
Die DC-Schrittschaltmotorimplementation erfordert, da zwei Spulen
vorhanden sind, zwei Zustandsmaschinen. Die beiden jeweiligen Zustandsmaschinen
fungieren in derselben Weise wie die DC-Motorimplementation für jede jeweilige. Spule.
In der Tat erfordert eine Spule P- und N-Signale mit den jeweiligen
oberen und unteren Teilen für
das P- (Druck) Signal und das N- (Zug) Signal zur Leistungs-H-Brücke. Die
Leistung zur jeweiligen Spule wird dann zum Gleichstrom-Schrittschaltmotor gespeist.
Zu welcher Spule, weil jeweils zwei Zustandsmaschinen, zwei Leistungs-H-Brücken und zwei
Eingänge
notwendig sind, ist eine Frage der Steuerung von dem Prozessor und
einem DAC, die jeweils für
jede Spule des DC-Schrittschaltmotors mit der Zustandsmaschine verbunden
sind.
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Aus der obigen Spezifikation wird
ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung zum Steuern des Antriebs
von Motoren für
alle Druckertypen sowie den Zeilendrucker der vorliegenden Erfindung
anwendbar ist. Sie ist ferner in Bezug auf verschiedene Motoren
anwendbar, einschließlich
dreiphasiger bürstenloser
DC-Motoren, DC-Bürstenmotoren
und DC-Schrittschaltmotoren. Man ist demzufolge der Ansicht, dass
die vorliegende Erfindung in Bezug auf die nachfolgenden Ansprüche in einem
breit gefächerten
Sinne zu verstehen ist.