專利名稱：用于識別驅(qū)動一個鐘表至少一個指針的步進馬達的旋轉(zhuǎn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1的前序部分的、用于識別具有一個步進馬達的旋轉(zhuǎn)的方法，該步進馬達具有一個帶有一個馬達線圈的轉(zhuǎn)子、并且驅(qū)動一個鐘表的至少一個指針。
為了驅(qū)動在一個模擬鐘表中的指針，通常使用的是一種雙極步進馬達(Lavet馬達)。通過驅(qū)動電壓脈沖對這種馬達進行控制，在每一步進中該驅(qū)動電壓脈沖都改變它的極性。
為了在給不同的慣性矩的指針加載時、并且當(dāng)齒輪機構(gòu)具有不同的靈活性時保證在整個工作電壓范圍內(nèi)馬達的可靠功能，所述控制裝置可以始終在最壞的情況中為可靠的轉(zhuǎn)動提供足夠的能量，或者也可以使用一種適配調(diào)節(jié)，該適配調(diào)節(jié)使在驅(qū)動電壓脈沖中含有的能量匹配于外部的實際情況。
特別是在太陽能驅(qū)動的手表中，一種適配的調(diào)節(jié)具有很大的優(yōu)點，一方面可以盡可能地降低手表的電流消耗，另一方面因為蓄電池的電壓的波動比電池手表的大得多。
這樣一種適配調(diào)節(jié)例如是建立在旋轉(zhuǎn)識別的原理之上的，也就是說，電子設(shè)備擁有識別執(zhí)行的馬達步進的足夠智能，并且始終僅提供實際所需的能量。
通常有一定數(shù)量的含有不同能量的可能的驅(qū)動電壓脈沖可供使用。實際的脈沖的選擇是通過旋轉(zhuǎn)識別以這種方式進行調(diào)節(jié)的，即檢測階段緊跟驅(qū)動電壓脈沖之后。當(dāng)馬達沒有執(zhí)行步進時則補充一個更強的脈沖，以補償時間損失，并且將控制級提高一個級別。按照有規(guī)律的時間間隔進行檢查具有下一個更低能量含量的控制級是否也足夠驅(qū)動馬達。
動態(tài)旋轉(zhuǎn)識別和靜態(tài)旋轉(zhuǎn)識別之間是不同的。
動態(tài)旋轉(zhuǎn)識別利用通過轉(zhuǎn)子運動感應(yīng)的電壓，特別是轉(zhuǎn)子在它的新位置中的衰減。也就是說，檢測階段在驅(qū)動電壓脈沖期間、或者緊接著驅(qū)動電壓脈沖發(fā)生。這種方法的缺點是它的電壓依賴性。信號依賴于工作電壓，并且有可能不是在整個工作電壓范圍內(nèi)按照同一原則進行利用。
靜態(tài)旋轉(zhuǎn)識別是建立在確定轉(zhuǎn)子的極性的基礎(chǔ)之上的。馬達線圈的電壓與轉(zhuǎn)子的位置有關(guān)，也就是說通過測量電感可以確定該轉(zhuǎn)子是否在它的額定位置中。這種方法的前提是轉(zhuǎn)子不再振蕩，也就是說，檢測只明顯地發(fā)生在旋轉(zhuǎn)之后。這種方法的缺點是為了取得明確的結(jié)果轉(zhuǎn)子不允許處于中間位置中。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種識別驅(qū)動一個鐘表的至少一個指針的步進馬達的旋轉(zhuǎn)的方法，使用這種方法可以更加可靠地求得馬達轉(zhuǎn)子的位置。
這個任務(wù)通過一種具有權(quán)利要求1的特征的、用于識別一個步進馬達的旋轉(zhuǎn)的方法來完成，該步進馬達具有一個帶有一個馬達線圈的轉(zhuǎn)子并驅(qū)動一個鐘表的至少一個指針。
本發(fā)明的優(yōu)選方案和改進方案在從屬權(quán)利要求中給出。
本發(fā)明完全普通地從一種用于識別一個步進馬達的旋轉(zhuǎn)的方法出發(fā)，該步進馬達具有一個帶有一個馬達線圈的轉(zhuǎn)子，并且驅(qū)動一個鐘表的至少一個指針，其中向馬達線圈輸出一個驅(qū)動電壓脈沖以及一個第一檢測電壓脈沖，并且其中借助一個對這個第一檢測電壓脈沖的第一脈沖應(yīng)答來確定轉(zhuǎn)子的位置。
根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，將具有和第一檢測電壓脈沖相反極性的一個第二檢測電壓脈沖輸送給馬達線圈，并且將對于該第二檢測電壓脈沖的一個第二脈沖應(yīng)答附加地用于確定轉(zhuǎn)子的位置。通過這一措施，和一種僅利用一個檢測電壓脈沖進行工作的方法相比、或者和一種利用僅具有一個極性的多個檢測電壓脈沖進行工作的方法相比，可明顯地提高可靠性。
對前述措施代替地或者作補充地，本發(fā)明還規(guī)定，將一個具有和驅(qū)動電壓脈沖相反極性的、且走在第一檢測電壓脈沖前面的穩(wěn)定電壓脈沖輸送給馬達線圈。因此一個穩(wěn)定階段發(fā)生在真正的檢測階段的前面，在這個穩(wěn)定階段中所述轉(zhuǎn)子可靠地被送到一個可正確檢測的位置中。若使用一個上述穩(wěn)定電壓脈沖，甚至在一個靜態(tài)旋轉(zhuǎn)識別方法中也能查出明顯更低的故障率。在所述靜態(tài)旋轉(zhuǎn)識別方法中僅利用一個唯一的檢測電壓脈沖的脈沖應(yīng)答，或者其中脈沖應(yīng)答被多個相同極性的檢測電壓脈沖利用。
在一個優(yōu)選的方案中本發(fā)明規(guī)定，轉(zhuǎn)子的位置從脈沖應(yīng)答的比較中確定。脈沖應(yīng)答在時間過程和/或振幅方面的偏差表示轉(zhuǎn)子的錯位。然而，制造技術(shù)的造成的非對稱也可以用簡單的方式計算出來。
本發(fā)明的一個特別簡單的方案規(guī)定，對脈沖應(yīng)答的振幅進行比較。然而并不要求對各個脈沖應(yīng)答的整個時間過程彼此進行比較。通常已經(jīng)從各個脈沖應(yīng)答的振幅中就可得到有關(guān)轉(zhuǎn)子在馬達機匣中的位置、或者轉(zhuǎn)子相對于步進馬達的定子的位置的信息。
在這個變型的一種特殊的方案中根據(jù)本發(fā)明規(guī)定，若脈沖應(yīng)答的振幅的差值超過一個可預(yù)先規(guī)定的閾值，那么就查明轉(zhuǎn)子的實際位置和額定位置的偏差。
表明有利的是，只有在驅(qū)動電壓脈沖之后多個驅(qū)動電壓脈沖持續(xù)時間才輸出檢測電壓脈沖，因為然后轉(zhuǎn)子就不再振蕩了。
此外，根據(jù)本發(fā)明還規(guī)定，檢測電壓脈沖持續(xù)時間大約為驅(qū)動電壓脈沖持續(xù)時間的十分之一。驅(qū)動電壓脈沖持續(xù)時間的典型數(shù)值為3-8毫秒，檢測電壓脈沖持續(xù)時間的典型數(shù)值為0.5毫秒。那么通過一個檢測電壓脈沖使步進馬達的轉(zhuǎn)子不再明顯地從它固定的位置移動，這樣，測量系統(tǒng)提供一個明確的測量數(shù)值。
此外根據(jù)本發(fā)明還規(guī)定，在第一檢測電壓脈沖之后多個檢測電壓脈沖持續(xù)時間輸出第二檢測電壓脈沖。由于第一檢測電壓脈沖使轉(zhuǎn)子的寄生振蕩在很大程度上被衰減，因此，即使在利用對第二檢測電壓脈沖的脈沖應(yīng)答時也不必考慮第一檢測階段的寄生振蕩。
雖然從原理上講旋轉(zhuǎn)識別方法的精確度與是否穩(wěn)定電壓脈沖在驅(qū)動電壓脈沖的前面、或者在它的后面沒有關(guān)系，但是事實表明有利的是，穩(wěn)定電壓脈沖在驅(qū)動電壓脈沖之后。實驗研究表明，在驅(qū)動電壓脈沖之后少數(shù)的驅(qū)動電壓脈沖持續(xù)時間輸出穩(wěn)定電壓脈沖可取得最佳結(jié)果。
特別有利的是，穩(wěn)定電壓脈沖持續(xù)時間大約為驅(qū)動電壓脈沖持續(xù)時間的10％-50％。
下面借助一個附圖對本發(fā)明進行更為詳細的說明。附圖示出

圖1根據(jù)本發(fā)明的電壓脈沖序列，該電壓脈沖序列例如可以用在Ronda Cal公司的775型步進馬達中。
本發(fā)明的主題是靜態(tài)旋轉(zhuǎn)識別的一種新型方案。為了進行檢測向馬達線圈輸出了兩個具有相反極性的短的檢測電壓脈沖3、4，并和脈沖應(yīng)答進行比較。
在根據(jù)圖1的本實施例中，檢測階段是在驅(qū)動電壓脈沖1大約180毫秒之后開始的。檢測電壓脈沖3、4的長度T3，T4為大約0.5毫秒，檢測壓電脈沖3、4之間的停頓時間大約為8毫秒。在檢測階段，在Ronda Cal公司的775型步進馬達的前面連接了一個12K的電阻器、為的是給用于測量的系統(tǒng)的時間常數(shù)施加有利的影響。所述兩個應(yīng)答脈沖的振幅差必須超過一個可預(yù)定的閾值，以檢測一個故障。與僅用一個脈沖或者僅用一個極性進行工作的方法相比，這種差別方法可明顯提高可靠性。
通過能量的最佳驅(qū)動，不是在每種情況中都能保證在檢測時刻時轉(zhuǎn)子都處在這兩個穩(wěn)定的位置中的一個之中。若該轉(zhuǎn)子停留在一個中間位置中，檢測就受到危害。若沒有查明故障，雖然步進沒有完全實施，但在下一個驅(qū)動電壓脈沖時該轉(zhuǎn)子往后退，并且鐘表失去2秒鐘。
為了避免這種情況，一個附加的穩(wěn)定電壓脈沖2走在原本的檢測階段的前面，該穩(wěn)定電壓脈沖將轉(zhuǎn)子可靠地送到一個可正確檢測的位置中。這個穩(wěn)定電壓脈沖2在時間上位于第一檢測電壓脈沖3之前約160毫秒，也就是說，它在驅(qū)動電壓脈沖1后約15毫秒(Δt1)。它的長度T2和驅(qū)動電壓脈沖1的長度T1有關(guān)，它的極性和驅(qū)動電壓脈沖1的極性相反。若轉(zhuǎn)子停留在一個所不希望的中間位置中，通過穩(wěn)定電壓脈沖2使該轉(zhuǎn)子又重新被送到它的起始位置。
如果轉(zhuǎn)子停留在這么一個不穩(wěn)定的位置中出于物理上的原因轉(zhuǎn)子必須總是停留在最大勢能點的前面、或者正好在這個點上，而不是在其后，因此出于能量的觀點有意義的是，為穩(wěn)定電壓脈沖2選擇與驅(qū)動電壓脈沖1的極性相反的極性。在選擇和驅(qū)動電壓脈沖1相同的極性時，必須提供更多的能量才能將轉(zhuǎn)子可靠地送到一個穩(wěn)定的位置中。
反之，若通過驅(qū)動電壓脈沖1就已將轉(zhuǎn)子很順利地送到了它的新位置中，那么穩(wěn)定電壓脈沖2有為下一個步進作準(zhǔn)備的功能。馬達出現(xiàn)預(yù)磁化，或者馬達很容易地被拉到下一個步進的方向，并且因此從彼此嚙合的齒輪中占據(jù)間隙。其結(jié)果是比起沒有前面的穩(wěn)定電壓脈沖2來，下一個驅(qū)動電壓脈沖1所需提供的能量要少。也就是說，為了進行穩(wěn)定所提供的能量并沒有丟失，而是完全為下一個運動作出貢獻。
在本情況中驅(qū)動電壓脈沖1并未被切斷。穩(wěn)定電壓脈沖2的長度T2大約為驅(qū)動電壓脈沖1的長度T1的三分之一。
附圖標(biāo)記列表1驅(qū)動電壓脈沖2穩(wěn)定電壓脈沖3第一檢測電壓脈沖4第二檢測電壓脈沖T1驅(qū)動電壓脈沖持續(xù)時間T2穩(wěn)定電壓脈沖持續(xù)時間T3第一檢測電壓脈沖的脈沖持續(xù)時間T4第二檢測電壓脈沖的脈沖持續(xù)時間Δt1驅(qū)動電壓脈沖1和穩(wěn)定電壓脈沖2之間的時間差Δt2穩(wěn)定電壓脈沖2和第一檢測電壓脈沖3之間的時間差Δt3第一檢測電壓脈沖3和第二檢測電壓脈沖4之間的時間差
權(quán)利要求
1.用于識別一個步進馬達的旋轉(zhuǎn)的方法，該步進馬達具有一個帶有一個馬達線圈的轉(zhuǎn)子并驅(qū)動一個鐘表的至少一個指針，其中向馬達線圈輸出一個驅(qū)動電壓脈沖(1)以及一個第一檢測脈沖電壓(3)，并且其中借助一個對第一檢測電壓脈沖(3)的第一脈沖應(yīng)答確定轉(zhuǎn)子的位置，其特征在于，將具有和第一檢測電壓脈沖(3)相反極性的一個第二檢測電壓脈沖(4)輸送給馬達線圈，并且將對第二檢測電壓脈沖(4)的一個第二脈沖應(yīng)答附加地用于確定轉(zhuǎn)子的位置，和/或?qū)⒁粋€具有和驅(qū)動電壓脈沖(1)相反極性的、并且走在第一檢測電壓脈沖(3)前面的穩(wěn)定電壓脈沖(2)輸送給馬達線圈。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，轉(zhuǎn)子的位置從脈沖應(yīng)答的一個比較中確定。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，對脈沖應(yīng)答的振幅進行比較。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，若脈沖應(yīng)答的振幅的差值超過一個可預(yù)先規(guī)定的閾值，則確定轉(zhuǎn)子的實際位置和額定位置的偏差。
5.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在驅(qū)動電壓脈沖(1)之后多個驅(qū)動電壓脈沖持續(xù)時間(T1)輸出檢測電壓脈沖(3、4)。
6.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，檢測電壓脈沖持續(xù)時間(T3，T4)大約為驅(qū)動電壓脈沖持續(xù)時間(T1)的十分之一。
7.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在第一檢測電壓脈沖(3)之后多個檢測電壓脈沖持續(xù)時間(T3，T4)輸出第二檢測電壓脈沖(4)。
8.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，穩(wěn)定電壓脈沖(2)跟隨在驅(qū)動電壓脈沖(1)之后。
9.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在驅(qū)動電壓脈沖(1)之后少數(shù)的驅(qū)動電壓脈沖持續(xù)時間(T1)輸出穩(wěn)定電壓脈沖(2)。
10.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，穩(wěn)定電壓脈沖持續(xù)時間(T2)大約為驅(qū)動電壓脈沖持續(xù)時間(T1)的10％至50％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于識別一個步進馬達的旋轉(zhuǎn)的方法，該步進馬達具有一個帶有一個馬達線圈的轉(zhuǎn)子并驅(qū)動一個鐘表的至少一個指針，其中向馬達線圈輸出一個驅(qū)動電壓脈沖(1)以及一個第一檢測脈沖電壓(3)，并且其中借助一個對第一檢測電壓脈沖(3)的第一脈沖應(yīng)答確定轉(zhuǎn)子的位置。根據(jù)本發(fā)明，將具有和第一檢測電壓脈沖(3)相反極性的一個第二檢測電壓脈沖(4)輸送給馬達線圈，并且將對第二檢測電壓脈沖(4)的一個第二脈沖應(yīng)答附加地用于確定轉(zhuǎn)子的位置，和/或?qū)⒁粋€具有和驅(qū)動電壓脈沖(1)相反極性的、并且走在第一檢測電壓脈沖(3)前面的穩(wěn)定電壓脈沖(2)輸送給馬達線圈。
文檔編號G04C3/00GK1745344SQ200380109378
公開日2006年3月8日 申請日期2003年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月31日
發(fā)明者H·布魯麥克, W·霍達普 申請人:榮漢斯·烏倫股份公司