EP1514342B1

Method and circuit arrangement for operating stepper motors

Abstract

A method and a circuit arrangement for operating stepper motors or other appropriately dimensioned synchronous motors is disclosed in which between a first operational mode for normal motor operation and a second operational mode for detecting an operating state of the motor like for example its load can be switched. The method and the circuit arrangement is especially provided for determining a reference position of the motor without sensors by driving the motor against a mechanical stop wherein an increase of the load which is caused by this, is detected as a change of the operating state (FIG. 1 ).

EP1514342B1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 3

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Expired 7 June 2023, 3.3 years ago.

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10 claims: 2 independent, 8 dependent

  1. 1
    Verfahren zum Betreiben von Schrittmotoren, mit einer ersten Betriebsart für einen normalen Motorbetrieb, in dem ein Wechselstrom (I L ) in mindestens eine der Spulen (L) des Schrittmotors eingeprägt wird, sowie einer zweiten Betriebsart zur Ermittlung einer Referenzposition des Schrittmotors anhand einer durch Fahren des Schrittmotors gegen einen mechanischen Anschlag verursachten Lasterhöhung, durch Vergleichen der Höhe eines in der Spule (L) fließenden Messstroms (I S,EMK ) mit mindestens einem unteren Schwellwert, wobei die Höhe des Messstroms (I S,EMK ) im wesentlichen durch die Phase einer durch einen Rotor des Motors in der Spule (L) gegeninduzierte Spannung (U EMK ) bestimmt wird, und wobei die Referenzposition festgelegt bzw. definiert wird, wenn der Messstrom (I S,EMK ) kleiner als der untere Schwellwert wird, und wobei die zweite Betriebsart für die Spule (L) innerhalb eines Zeitfensters (Z) der ersten Betriebsart entweder dadurch aktiviert wird, dass die Spule (L) kurzgeschlossen wird, wenn sich der in die Spule (L) eingeprägte Wechselstrom (I L ) an einen Nulldurchgang annähert, oder die Richtung des in die Spule eingeprägten Wechselstroms (I L ) umgekehrt wird.
  2. 2
    Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Höhe des in der zweiten Betriebsart durch die Spule (L) fließenden Messstroms (I S,EMK ) mit mindestens einem in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Motors festgelegten oberen Schwellwert verglichen wird, der größer als der untere Schwellwert ist, um einen geringen Lastzustand des Motors festzustellen, wenn der Messstroms (I S,EMK ) größer als der obere Schwellwert ist.
  3. 3
    Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der untere Schwellwert in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Motors festgelegt wird, um einen hohen Lastzustand festzustellen, wenn der Messstroms (I S,EMK ) kleiner als der untere Schwellwert ist.
  4. 4
    Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Zeitfenster (Z) für die zweite Betriebsart so in die erste Betriebsart eingebettet ist, dass es im wesentlichen symmetrisch zu einem Nulldurchgang des in der ersten Betriebsart in die betreffende Spule (L) eingeprägten Wechselstroms (I L ) liegt.
  5. 5
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Höhe des in der kurzgeschlossenen Spule (L) fließenden Messstroms (I S,EMK ) über einen Spannungsabfall (U S,EMK ) an einem Messwiderstand (R S ) erfasst und mit Schwellwerten in form von Spannungen (U SO , U SU ) verglichen wird.
  6. 6
    Schaltungsanordnung zum Betreiben von Schrittmotoren, insbesondere nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Einrichtung (S;M, R S ;C) zur Ermittlung einer Referenzposition des Schrittmotors anhand einer durch Fahren des Schrittmotors gegen einen mechanischen Anschlag verursachten Lasterhöhung, mit einer Messschaltung (M) zum Vergleichen der Höhe eines in einer Spule (L) des Motors fließenden Messstroms (I S,EMK ), wobei die Höhe im wesentlichen durch die Phase einer durch einen Rotor des Motors in der Spule (L) gegeninduzierte Spannung (U EMK ) bestimmt wird, mit mindestens einem unteren Schwellwert, wenn entweder sich der im normalen Motorbetrieb in die Spule (L) eingeprägte Wechselstrom (I L ) an einen Nulldurchgang annähert und die Spule (L) kurzgeschlossen ist oder die Richtung des Wechselstroms (I L ) umgekehrt wird.
  7. 7
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, bei der die Einrichtung (S;M, R S ;C) einen Messwiderstand (R S ) und die Messschaltung (M) einen Komparator (K) zum Vergleichen einer an dem Messwiderstand (R S ) durch den Messstrom (I S,EMK ) abfallenden Messspannung (U S,EMK ) mit dem mindestens einen unteren Schwellwert (U SU ) aufweist.
  8. 8
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, bei der die Einrichtung (S;M, R S ;C) eine Steuerschaltung (C) und die Messschaltung (M) einen Digitat/Analog-Wandler (DAC) aufweist, dessen Eingang mit einem Ausgang der Steuerschaltung (C) und dessen Ausgang mit einem Eingang des Komparators (K) zum Anlegen des mindestens einen unteren und eines oberen Schwellwertes (U SU , U SO ) verbunden ist, wobei die Schwellwerte in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Motors festgelegt und durch die Steuerschaltung (C) zugeführt werden, um durch einen Vergleich der Messspannung (U S,EMK ) mit den Schwellwerten einen Betriebs- bzw. Lastzustand zu erfassen.
  9. 9
    Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, bei der die Steuerschaltung (C) zum Ansteuern eines Schalters (S) zum periodischen Umschalten zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart in Abhängigkeit von der Frequenz des in die Spule eingeprägten Wechselstroms (I L ) vorgesehen ist.
  10. 10
    Computerprogramm mit Programmcodemitteln zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wenn das Programm auf einem Mikrocomputer ausgeführt wird.