[发明专利]控制步进电动机的方法和装置

说明书

本发明涉及控制步进电动机的一种方法，该步进电动机具有设有永磁铁的转子、线圈及与所述线圈和磁铁磁耦合的定子，该方法包括：

-对所述线圈施加具有交替第一极性及与所述第一极性相反的第二极性的相继驱动脉冲，并在每个所述驱动脉冲期间对所述线圈供给确定量的电能；

-在每个所述驱动脉冲后，检测所述转子响应所述驱动脉冲的转动或不转动；及

-根据所述检测调节所述能量。

本发明还涉及实施该方法的装置，即控制具有设有永磁铁的转子、线圈及与所述线圈和磁铁磁耦合的定子的步进电动机的装置，所述装置包括：

-用于产生驱动脉冲的装置，以对所述线圈施加具有交替第一极性及与所述第一极性相反的第二极性的相继驱动脉冲，并在每个所述驱动脉冲期间对所述线圈供给确定量的电能；

-检测装置，用于在每个所述驱动脉冲后，检测所述转子响应所述驱动脉冲的转动或不转动；

-调节装置，它响应所述检测信号调节所述电能的量。

这种类型的、尤其是在美国专利US-A-4212156中公开的方法及装置旨在使步进电动机消耗的总电能减少。当步进电动机用在便携式和/或小容积的装置、例如一种电子时计中时，尤其需要这种能耗的减少。所有其它情况是相同的，步进电动机该功耗的减少能使对装置供电的、通常由电池构成的电源的寿命增加或使该电源所占体积减小。

为了使步进电动机的电能耗损量减少，上述公知方法在于，当电动机转子响应一定数目的驱动脉冲已正确转动时，减少在随后的驱动脉冲期间将供给电动机线圈的电能量。此外，该方法在于，当电动机转子响应驱动脉冲未正确转动时，供给电动机线圈一校正脉冲，在此期间供给线圈的电能量足够使转子补上刚失去的步子，并使在随后的驱动脉冲期间将供给电动机线圈的电能量增到最大程度。

其结果是，如果由于任何原因电动机转子未响应驱动脉冲转动时，在随后的驱动脉冲期间供给电动机线圈的电能量将限制在最大值上。

可以看出，该公知方法原则上允许实际供给电动机线圈的电能量接近其最大值，即为使转子正确转动至少必需供给线圈的电能量值。

但众所周知，在步进电动机各个部件制造及组装期间必需允许尺寸和/或位置的某些公差。

因此，譬如可能发生，该电动机转子的磁化轴不与所述转子的旋转轴相交。类似地，该转轴不总是正好与布置转子磁铁的定子孔轴相一致，或也不与磁铁形成的圆柱体轴相一致。

在此情况下，步进电动机转子受到的作为其角度位置函数的位置耦合变化根据转子转动的步子而不同。

也可能发生，步进电动机转子磁铁的磁化轴不正好垂直于该磁铁形成的圆柱体的轴。在此情况下磁铁的一个磁极比另一个磁极明显地靠近圆柱体的一个端面，这些磁极的第二个比第一个靠近另一端面。

在此情况下，朝着转子一个端面的一部分及其附近处存在铁磁材料作的部件、如与转子小齿轮啮合的齿轮时，其效果也是，施加于转子的位置耦合的变化根据转子转动的步子而不同。

也可能发生，步进电动机遭遇到连续的外磁场。在此情况下，施加于转子的位置耦合的变化也根据转子转动的步子而不同。

图1表示在上述一个和/或另一情况中步进电动机转子遭遇到的位置耦合变化CP作为所述转子角度位置α函数的例子。

在图1中，转子的两个稳态休止位置分别被表示为R1及R2。此外，当转子从位置R1转到位置R2及从位置R2转到R1所移动的步子分别被表示为P1及P2。

本领域的熟练技术人员很清楚的知道，要使电动机转子转动步子P1及要使电动机转子转动步子P2的驱动脉冲必需具有相反的极性。在下面的说明中，这些驱动脉冲将分别适宜地被称为正的及负的。

在图1中将会看到，电动机转子的稳态休止位置R1及R2不正好在径向上相反，当转子移动其步子P1时，它的转动大于180°，而当转子移动其步子P2时，它的转动小于180°。

但尤其可看到，在该例中当转子移动其步子P1时，由轴α划界的表面及代表位置耦合负部分的曲线CP、即与转子转动相反的耦合部分CP显著地大于当转子移动其步子P2时负部分的曲线CP。

在图1中，这两个表面划有阴影线并分别由N1及N2表示。

本领域的熟练技术人员知道，在很多情况下，尤其当步进电动机用在时计中时，要使其转子移步必需供给电动机线圈的最小电能量通常几乎大部分时间仅依赖于该表面的尺寸。

在该例中，因此在所有这些情况下及大部分时间中，当电动机转子移动其步子P1时该最小电能量显著地高于当它移动步子P2时的最小电能量。