PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10221434B4 22.11.2007
Titel Drehrichtungserkennungsapparat
Anmelder Funai Electric Co., Ltd., Daito, Osaka, JP
Erfinder Fujita, Yoshikazu, Daito, Osaka, JP
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Anmeldedatum 14.05.2002
DE-Aktenzeichen 10221434
Offenlegungstag 28.11.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 22.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 22.11.2007
IPC-Hauptklasse G01P 13/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01D 5/36(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G01P 3/36(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drehrichtungserkennungsapparat für die Erkennung der Drehrichtung eines Motors. Der Drehrichtungserkennungsapparat wird vorzugsweise z.B. für die Erkennung der Drehrichtung eines Antriebsmotors verwendet, der in der Lage ist, verschiedene Arten von Plattenmedien anzutreiben, um einen CD-Spieler, einen DVD-Spieler, ein CD-ROM-Laufwerk, ein CD-R-Laufwerk oder ein CD-RW-Laufwerk in Drehung zu versetzen.

Apparate für die Erkennung der Drehrichtung oder der Drehgeschwindigkeit eines Motors sind bereits verschiedentlich vorgeschlagen worden.

Z.B. legt die japanische Ungeprüfte Gebrauchsmusteranmeldungspublikation Nr. 2-12619 einen Drehrichtungscodierer offen, bei dem die Breite eines Schlitzes in einer kreisförmigen Scheibe, welche sich in einem Spalt einer Gabellichtschranke dreht, auf mindestens drei Breiten eingestellt ist. Wenn die Schlitzbreite wie oben angegeben auf mindestens drei Breiten eingestellt ist, wird die erkannte Pulsbreite bei Drehung im Uhrzeigersinn (normale Drehrichtung) graduell verlängert und bei Drehung im Gegenuhrzeigersinn (umgekehrte Drehrichtung) graduell verkürzt. Daher ist dieser Drehrichtungscodierer entworfen, um die Drehrichtung entsprechend der Veränderung der Pulsbreite zu erkennen (dieser Drehrichtungscodierer wird als Stand der Technik 1 bezeichnet).

Andererseits legt die japanische Ungeprüfte Patentanmeldungspublikation Nr. 4-50771 einen Geschwindigkeitsdetektor für die Erkennung von Information über die Drehrichtung eines Motors als Veränderung der Pulsbreite offen. D.h., es werden Schlitze an vier konzentrischen Stellen einer kreisförmigen Scheibe vorgesehen, die auf einer Drehachse eines Motors montiert ist. Diese Schlitze sind so ausgebildet, dass eine Seite der Schlitze jeweils an Positionen liegen, die mittels gleichmäßiger Teilung der kreisförmigen Scheibe durch vier ermittelt werden, die radial vom Mittelpunkt der kreisförmigen Scheibe ausgeht. Die vier Schlitze sind konzentrisch gebildet, und haben im Uhrzeigersinn ein Längenverhältnis von 1 : 2 : 3 : 4.

Dieser Geschwindigkeitsdetektor ist entworfen, um die Drehrichtung entsprechend der Veränderung in der Pulsbreite zu erkennen, weil sich die Pulsbreite bei normaler Drehrichtung und konstanter Drehgeschwindigkeit graduell verlängert und bei umgekehrter Drehrichtung und konstanter Drehgeschwindigkeit graduell verkürzt (dieser Geschwindigkeitsdetektor wird als Stand der Technik 2 bezeichnet).

Wie oben beschrieben, ist es nach dem Stand der Technik 1 oder dem Stand der Technik 2 notwendig, sowohl die Pulsbreite als auch den Pulszyklus zu messen. D.h., um die Pulsbreite zu messen, ist es notwendig, sowohl die führende Flanke als auch die nachfolgende Flanke eines Signals zu messen. Es existiert aber das Problem, dass solch eine Flankenerkennung kompliziert ist. Darüber hinaus ist das erkannte Signalmuster komplex, weil nach dem Stand der Technik 1 drei Arten von Mustern und nach dem Stand der Technik 2 sogar vier Arten von Mustern erkannt werden. Um die Drehrichtung zu erkennen, ist es darüber hinaus notwendig, die sich ständig verändernde Signalpulsbreite zu berechnen, wie oben beschrieben, und die Signalpulsbreiten miteinander zu vergleichen. Es existiert noch ein anderes Problem, dass die Erkennung der Drehrichtung kompliziert ist.

Dokument DE 38 16 346 A1 behandelt eine Anordnung zur Drehrichtungserkennung eines von einem Elektromotor angetriebenen Wickeltellers eines Kassettentonbandgerätes, bei der der Wickelteller in zyklischer Folge Hell-Dunkel-Sektoren aufweist, die von einem optischen Sensor in Form einer Lichtschranke abgetastet werden. Ein Mikroprozessor erkennt anhand der erhaltenen Impulsen die Drehrichtung des Wickeltellers.

Im Dokument DE 44 37 875 A1 wird eine Vorrichtung zur Bestimmung der jeweiligen Bewegungsrichtung eines in zwei einander entgegengesetzten Richtungen bewegbaren Teils beschrieben. Durch im bewegbaren Teil radial angeordnete magnetische Unsymmetrien werden elektrische Impulse erzeugt, deren zeitliche Aufeinanderfolge für die beiden möglichen Bewegungsrichtungen unterschiedlich ist, so dass daraus auf die jeweilige Bewegungsrichtung geschlossen werden kann.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung wurde gemacht, um diese Probleme zu lösen, und ein Ziel der Erfindung ist es, einen Drehrichtungserkennungsapparat vorzusehen, der die Drehrichtung und die Drehgeschwindigkeit eines Motors durch Erkennen nur der führenden oder der nachfolgenden Flanken eines Signals erkennen kann.

Um diese Probleme zu lösen, wird nach der Erfindung ein Drehrichtungserkennungsapparat vorgesehen, der umfasst: einen Drehteller, der auf einer Drehachse eines Motors montiert ist, und mit einem vorbestimmten Signalmuster ausgerüstet ist, wobei das vorbestimmte Signalmuster so ausgebildet ist, dass bei einer Drehung des Motors die Reflexion von Licht und die Nichtreflexion von Licht oder die Durchlässigkeit für Licht und die Nichtdurchlässigkeit für Licht abwechselnd und kontinuierlich wiederholt wird; eine Lichterkennungseinheit für die Erkennung des Signalmusters des Drehtellers; eine Drehrichtungsermittlungseinheit für die Ermittlung der Drehrichtung des Motors auf der Basis des Signalmusters, das von der Lichterkennungseinheit erkannt wird; und eine Drehgeschwindigkeitsberechnungseinheit für die Berechnung der Drehgeschwindigkeit des Motors auf der Basis der Drehrichtung, die durch die Drehrichtungsermittlungseinheit ermittelt wird, wobei: das Signalmuster eingerichtet ist als ein Muster, in dem hochpegelige und niedrigpegelige Bereiche abwechselnd mit einem Verhältnis von 2 : 1 : 1 : 2 wiederholt werden; die Drehrichtungsermittlungseinheit ermittelt, dass der Motor sich in einer normalen Drehrichtung dreht, wenn die führenden Flanken des durch die Lichterkennungseinheit erkannten Signalmusters in regulären Intervallen angeordnet sind, und dass der Motor sich in einer umgekehrten Drehrichtung dreht, wenn die führenden Flanken des durch die Lichterkennungseinheit erkannten Signalmusters in irregulären Intervallen angeordnet sind; und die Drehgeschwindigkeitsberechnungseinheit die Drehgeschwindigkeit des Motors auf der Basis des Abstands zwischen benachbarten führenden Flanken berechnet, wenn die Drehrichtungsermittlungseinheit ermittelt, dass der Motor sich in der normalen Drehrichtung dreht, und die Drehgeschwindigkeit des Motors auf der Basis des Abstands zwischen zwei führenden Flanken, die an entgegengesetzten, äußeren Seiten von drei aufeinander folgenden, führenden Flanken berechnet, wenn die Drehrichtungsermittlungseinheit ermittelt, dass der Motor sich in der umgekehrten Drehrichtung dreht.

Nach der Erfindung mit einem solchen Merkmal ist in einem Signalmuster, das als ein Muster eingerichtet ist, welches Wiederholungen im Verhältnis von 2 : 1 : 1 : 2 macht, wie in 3A bis 3D gezeigt, der Abstand zwischen zwei führenden Flanken des Signalmusters bei normaler Drehrichtung des Motors ein konstanter Abstand (Zeitintervall) t11 (= 3 t0), während der Abstand zwischen den führenden Flanken des Signalmusters bei umgekehrter Drehrichtung (d.h. der Abstand zwischen den nachfolgenden Flanken des Signalmusters bei normaler Drehrichtung des Motors) zwischen einem engen Zeitintervall t12 (= 2 t0) und einem weiten Zeitintervall t13 (= 3 t0) abwechselt. Deshalb werden immer nur führende Flanken erkannt, so dass die Drehrichtungsermittlungseinheit ermittelt, dass der Motor sich in der normalen Drehrichtung dreht, wenn der Abstand zwischen führenden Flanken ein konstantes Zeitintervall t11 (= 3 t0) beträgt, und ermittelt, dass der Motor sich in der umgekehrten Drehrichtung dreht, wenn der Abstand zwischen führenden Flanken zwischen einem engen Zeitintervall t12 (= 2 t0) und einem weiten Zeitintervall t13 (= 4 t0) abwechselt. Auf diese Weise kann die Drehrichtung durch einfache Berechnung genau erkannt werden, wenn nur führende Flanken des Signalmusters erkannt werden.

Die Drehgeschwindigkeitsberechnungseinrichtung berechnet die Drehgeschwindigkeit des Motors auf der Basis des Abstands t11 (= 3 t0) zwischen benachbarten führenden Flanken, wenn die Drehrichtungsermittlungseinheit ermittelt, dass sich der Motor in der normalen Drehrichtung dreht.

Die Drehrichtungsberechungseinheit berechnet auch die Drehgeschwindigkeit des Motors auf der Basis des Abstands zwischen zwei führenden Flanken, die an gegenüberliegenden, äußeren Seiten von drei aufeinander folgenden, führenden Flanken liegen, wenn die Drehrichtungsermittlungseinheit ermittelt, dass sich der Motor in der umgekehrten Drehrichtung dreht. D.h., die Drehgeschwindigkeit des Motors, der sich in der umgekehrten Drehrichtung dreht, kann nicht auf der Basis nur eines der Zeitintervalle t12 und t13 berechnet werden, weil der Abstand zwischen benachbarten führenden Flanken zwischen dem engen Zeitintervall t12 (= 2 t0) und dem weiten Zeitintervall t13 (= 4 t0) abwechselt. D.h., es ist festzustellen nicht möglich, ob ein gegebenes Zeitintervall zu dem engen oder zu dem weiten Zeitintervall gehört. Die Drehgeschwindigkeit des sich in der umgekehrten Drehrichtung drehenden Motors kann jedoch auf der Basis des konstanten Zeitintervalls t14 (= 6 t0) berechnet werden, weil der Abstand t14, der durch Addieren des engen Zeitintervalls t12 und des weiten Zeitintervalls t13 ermittelt wird, d.h. der Abstand t14 zwischen zwei führenden Flanken, die an entgegengesetzten, äußeren Seiten von drei aufeinander folgenden, führenden Flanken liegen, konstant gehalten wird (2 t0 + 4 t0 = 6 t0).

Nach der Erfindung wird ferner ein Drehrichtungserkennungsapparat vorgesehen, der umfasst: einen Drehteller, der auf einer Drehachse eines Motors montiert ist, und mit einem vorbestimmten Signalmuster ausgerüstet ist, wobei das vorbestimmte Signalmuster so ausgebildet ist, dass bei einer Drehung des Motors die Reflexion von Licht und die Nichtreflexion von Licht oder die Durchlässigkeit für Licht und die Nichtdurchlässigkeit für Licht abwechselnd und kontinuierlich wiederholt wird; eine Lichterkennungseinheit für die Erkennung des Signalmusters des Drehtellers; und eine Drehrichtungsermittlungseinheit für die Ermittlung der Drehrichtung des Motors auf der Basis des Signalmusters, das von der Lichterkennungseinheit erkannt wird und aus der Wiederholung von hochpegeligen und niedrigpegeligen Bereichen besteht, wobei: das Signalmuster so eingerichtet ist, dass bei normaler Drehrichtung des Motors benachbarte führende Flanken des Signalmusters in regulären Intervallen angeordnet sind, während benachbarte nachfolgende Flanken des Signalmusters in Intervallen angeordnet sind, die einen unterschiedlichen Wert bezüglich jeder regulären Intervalle haben; und die Drehrichtungsermittlungseinheit die Drehrichtung des Motors auf der Basis einer Prüfung ermittelt, ob die führenden Flanken des durch die Lichterkennungseinheit erkannten Signalmusters in regulären Intervallen oder in irregulären Intervallen angeordnet sind. D.h., die Drehrichtungsermittlungseinheit ermittelt, dass der Motor sich in einer normalen Drehrichtung dreht, wenn die führenden Flanken des durch die Lichterkennungseinheit erkannten Signalmusters in regulären Intervallen angeordnet sind, und ermittelt, dass der Motor sich in einer umgekehrten Drehrichtung dreht, wenn die führenden Flanken des durch die Lichterkennungseinheit erkannten Signalmusters in irregulären Intervallen angeordnet sind.

Nach der Erfindung mit einem solchen Merkmal ist das Signalmuster so ausgebildet, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten führenden Flanken bei normaler Drehrichtung des Motors konstant ist, während der Abstand zwischen zwei nachfolgenden Flanken bei normaler Drehrichtung des Motors irgendeinen gewünschten Wert hat, der unterschiedlich ist zu dem zuerst genannten Abstand. D.h., wie in 3A bis 3D gezeigt, ist der Abstand zwischen zwei führenden Flanken des Signalmusters bei normaler Drehrichtung des Motors ein konstanter Abstand (Zeitintervall) t11 (= 3 t0), während der Abstand zwischen den führenden Flanken des Signalmusters bei umgekehrter Drehrichtung des Motors (d.h. der Abstand zwischen den nachfolgenden Flanken des Signalmusters bei normaler Drehrichtung des Motors) zwischen einem engen Zeitintervall t12 (= 2 t0) und einem weiten Zeitintervall t13 (= 3 t0) abwechselt. Deshalb werden immer nur führende Flanken erkannt, so dass die Drehrichtungsermittlungseinheit ermittelt, dass der Motor sich in der normalen Drehrichtung dreht, wenn der Abstand zwischen führenden Flanken ein konstantes Zeitintervall t11 beträgt, und ermittelt, dass der Motor sich in der umgekehrten Drehrichtung dreht, wenn der Abstand zwischen führenden Flanken zwischen einem engen Zeitintervall t12 und einem weiten Zeitintervall t13 abwechselt. Auf diese Weise kann die Drehrichtung durch einfache Berechnung genau erkannt werden, wenn nur führende Flanken des Signalmusters erkannt werden.

In dem Drehrichtungserkennungsapparat nach der Erfindung ist ferner das Signalmuster als ein Muster gemacht, in dem sich hochpegelige Bereiche und niedrigpegelige Bereiche mit einem Verhältnis von 2 : 1 : 1 : 2 abwechseln. Folglich ist der Abstand zwischen führenden Flanken bei normaler Drehrichtung des Motors ein konstantes Zeitintervall t11 (= 3 t0), während der Abstand zwischen führenden Flanken bei umgekehrter Drehrichtung des Motors (d.h., der Abstand zwischen nachfolgenden Flanken bei normaler Drehrichtung des Motors) zwischen einem engen Zeitintervall t12 (= 2 t0) und einem weiten Zeitintervall t13 (= 4 t0) abwechselt. Deshalb werden immer nur führende Flanken erkannt, so dass die Drehrichtungsermittlungseinheit ermittelt, dass der Motor sich in der normalen Drehrichtung dreht, wenn der Abstand zwischen führenden Flanken ein konstantes Zeitintervall (3 t0) ist, und ermittelt, dass sich der Motor in der umgekehrten Drehrichtung dreht, wenn der Abstand zwischen führenden Flanken zwischen einem engen Intervall t12 (= 2 t0) und einem weiten Intervall t13 (= 4 t0) abwechselt. Auf diese Weise kann die Drehrichtung durch einfache Berechnung genau erkannt werden, wenn nur führende Flanken des Signalmusters erkannt werden.

Nach der Erfindung umfasst der Drehrichtungserkennungsapparat ferner eine Drehgeschwindigkeitsermittlungseinheit für die Berechnung der Drehgeschwindigkeit des Motors auf der Basis des Abstands zwischen zwei benachbarten führenden Flanken, wenn die Drehrichtungsermittlungseinheit ermittelt, dass der Motor sich in der normalen Drehrichtung dreht, und für die Berechnung der Drehgeschwindigkeit des Motors auf der Basis des Abstands zwischen zwei führenden Flanken, die an gegenüberliegenden, äußeren Seiten von drei aufeinander folgenden, führenden Flanken liegen, wenn die Drehrichtungsermittlungseinheit ermittelt, dass der Motor sich in der umgekehrten Drehrichtung dreht.

Nach der Erfindung mit einem solchen Merkmal kann die Drehrichtung durch einfache Berechnung genau erkannt werden, wenn nur führende Flanken des Signalmusters erkannt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine schematische Konfigurationsdarstellung eines Drehrichtungserkennungsapparats nach der Erfindung.

2 ist eine erläuternde Darstellung, die ein Beispiel des Signalmusters zeigt, welches auf der Unterseite eines Drehtellers gegenüber einem Lichtdetektor ausgebildet ist.

3A bis 3D sind erläuternde Darstellungen, die Ausgangssignalwellenformen in Übereinstimmung mit den durch den Lichtdetektor erkannten Signalmustern zeigen, sowie die führenden Flanken der Signalwellenformen bei normaler Drehrichtung und umgekehrter Drehrichtung.

4A bis 4C sind erläuternde Darstellungen, die Wellenformen des ausgegebenen Signalmusters bei normaler Drehrichtung des Motors und Wellenformen des ausgegebenen Signalmusters bei umgekehrter Drehrichtung des Motors zeigen.

5 ist ein Flussdiagramm, das die Verarbeitungsoperation für die Ermittlung der Drehrichtung des Motors nach der Ausführungsform 1 zeigt.

6 ist ein Flussdiagramm, das die Verarbeitungsoperation für die Ermittlung der Drehrichtung des Motors nach der Ausführungsform 2 zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

1 ist eine schematische Konfigurationsdarstellung eines Drehrichtungserkennungsapparats nach der Erfindung. Der Drehrichtungserkennungsapparats kann verwendet werden für die Erkennung der Drehrichtung eines Antriebsmotors, welcher benutzt wird in einem CD-Spieler, einem DVD-Spieler, einem CD-ROM-Laufwerk, einem CD-R-Laufwerk oder einem CD-RW-Laufwerk für den Drehantrieb verschiedener Arten von Plattenmedien.

D.h., ein Drehteller 4 ist auf einer Drehachse 3 eines Motors 2 montiert. Eine Platte 1, die in einen nicht gezeigten Apparatekörper geladen ist, wird durch den Motor 2 zu einer Drehung angetrieben. Der Drehteller 4 ist mit einem vorbestimmten Signalmuster ausgerüstet, welches so ausgebildet ist, dass die Reflexion von Licht und die Nichtreflexion von Licht (oder die Durchlässigkeit für Licht und Nichtdurchlässigkeit für Licht) bei einer Drehung des Motors 2 abwechselnd und kontinuierlich wiederholt wird. Ein Lichtdetektor 5 für die Erkennung des Signalmusters des Drehtellers 4 ist gegenüber dem Drehteller 4 angeordnet. In dieser Ausführungsform besteht der Lichtdetektor 5 aus einem Reflexionslichtdetektor. Die Ausgabe des Lichtdetektors 5 wird einem Wellenformer 6 zugeführt. Ein Ausgang des Wellenformers 6 ist mit einem Mikrocomputer 7 verbunden, welcher den Betrieb des Apparats insgesamt steuert.

Dazu umfasst der Mikrocomputer 7 eine CPU, ein ROM, ein RAM, u.s.w., und steuert einen Treiber 8, der den Motor 2 zur Drehung antreibt. Der Mikrocomputer 7 steuert ferner einen Aufnehmer, der nicht gezeigt wird, der aber Daten von der Platte 1 liest, und steuert ferner einen Demodulator, der ebenfalls nicht gezeigt wird, der aber die durch den Aufnehmer gelesenen Daten demoduliert. Diese Komponenten, wie etwa ein Aufnehmer und ein Demodulator, sind nicht gezeigt, weil sie nicht den Hauptteil der Erfindung bilden.

In dieser Ausführungsform hat der Mikrocomputer 7 eine Drehrichtungsermittlungsfunktion für die Ermittlung der Drehrichtung des Motors 2 (genauer: die Drehrichtung des Drehtellers 4) auf der Basis des Signalmusters, das durch den Lichtdetektor 5 erkannt wird, und eine Drehgeschwindigkeitsberechnungsfunktion für die Berechnung der Drehgeschwindigkeit des Motors 2 auf der Basis des Ergebnisses, das durch die Drehrichtungsermittlungsfunktion ermittelt wurde.

2 zeigt ein Beispiel des Signalmusters, welches auf der Unterseite eines Drehtellers 4 gegenüber einem Lichtdetektor 5 ausgebildet ist. In dem Signalmuster sind hochpegelige Bereiche (in 2 schraffiert), die Licht reflektieren, und niedrigpegelige Bereiche (in 2 nicht schraffiert), die Licht nicht reflektieren, abwechselnd mit einem Verhältnis von 2 : 1 : 1 : 2 entlang der Umfangsrichtung (d.h. der Richtung normaler Drehung, die durch den Pfeil x1 in 2 dargestellt wird) in jedem der gleichen Sektoren ausgebildet, die durch gleichmäßige Teilung des gesamten Bereichs in vier Teile in der Richtung x1 der normalen Drehung aufgeteilt sind. D.h., das Signalmuster, das in dieser Ausführungsform aus hochpegeligen Bereichen und niedrigpegeligen Bereichen besteht und das abwechselnd mit einem Verhältnis von 2 : 1 : 1 : 2 ausgegeben wird, wird durch den Lichtdetektor 5 bei jeder Drehung des Drehtellers 4 kontinuierlich viermal ausgegeben.

Auf diese Weise wird das Signalmuster auf der Unterseite des Drehtellers 4 gebildet, so dass hochpegelige Bereiche, die Licht reflektieren, und niedrigpegelige Bereiche, die Licht nicht reflektieren, abwechselnd und kontinuierlich mit einem Verhältnis von 2 : 1 : 1 : 2 entlang der Richtung x1 der normalen Drehung vorgesehen sind. Wenn das Signalmuster durch den Lichtdetektor 5 erkannt wird, ist das erkannte Signalmuster so, wie in 3A bis 3D gezeigt wird.

D.h., wenn in den 3A bis 3D die Aufmerksamkeit auf die führenden (ansteigenden) Flanken des Signals bei normaler Drehrichtung des Motors 2 und bei umgekehrter Drehrichtung des Motors 2 gelegt wird, dann ist das Intervall der führenden Flanken bei normaler Drehrichtung des Motors 2 ein konstantes Zeitintervall t11 (= 3 t0), wie in 3C gezeigt, während das Intervall der führenden Flanken bei umgekehrter Drehrichtung des Motors 2 (äquivalent dem Intervall nachfolgender (abfallender) Flanken bei normaler Drehrichtung des Motors 2) zwischen einem engen Intervall t12 (= 2 t0) und einem weiten Intervall t13 (= 4 t0) abwechselt, wie in 3D gezeigt.

Deshalb erkennt der Mikroprozessor 7 immer nur die führenden Flanken. Wenn das Intervall führender Flanken ein konstantes Zeitintervall t11 (= 3 t0) ist, erkennt der Mikroprozessor 7 darauf, dass der Motor 2 sich in der normalen Drehrichtung dreht. Wenn das Intervall führender Flanken zwischen einem engen Intervall t12 (= 2 t0) und einem weiten Intervall t13 (= 4 t0) abwechselt, dann erkennt der Mikrocomputer 7 darauf, dass der Motor 2 sich in umgekehrter Drehrichtung dreht. Auf diese Weise erlaubt die Erkennung nur der führenden Flanken des Signalmusters, dass die Drehrichtung durch einfache Berechnung genau ermittelt wird.

Als Nächstes wird der spezifische Prozess, in dem der Mikrocomputer 7 die Drehrichtung des Motors 2 ermittelt, auf der Basis der Ausführungsform 1 bzw. der Ausführungsform 2 beschrieben. Dazu zeigen 4A bis 4C ein Signalmuster (4A), das bei normaler Drehrichtung des Motors ausgegeben wird, und Signalmuster (4B und 4C), die bei umgekehrter Drehrichtung des Motors ausgegeben werden. 4A korrespondiert mit 3C. 4B und 4C korrespondieren mit 3D. 5 ist ein Flussdiagramm, das die Verarbeitungsoperation zeigt, die mit der Ausführungsform 1 korrespondiert. 6 ist ein Flussdiagramm, das die Verarbeitungsoperation zeigt, die mit der Ausführungsform 2 korrespondiert.

(Ausführungsform 1)

Wenn der Motor 2 sich dreht, gibt der Lichtdetektor 5 bei normaler Drehrichtung des Motors 2 das in 4A gezeigte Signal aus und gibt bei umgekehrter Drehrichtung des Motors 2 die in den 4B und 4C gezeigten Signale aus.

Der Mikrocomputer 7 ermittelt die Drehrichtung des Motors 2 auf der Basis dieser Signale mittels der folgenden Berechnung. D.h., der Abstand (das Zeitintervall) zwischen benachbarten führenden Flanken wird dreimal aufeinander folgend gemessen, so dass die gemessenen Zeitintervalle als t1, t2 bzw. t3 gesetzt werden (Schritt S1).

Dann wird auf der Basis der gemessenen Zeitintervalle (t1 + t3)/2 berechnet, so dass das Berechnungsergebnis mit dem Zeitintervall t2 verglichen wird (Schritt S2).

Der Grund, warum der Wert, der durch Halbierung der Summe des ersten und des letzten der Abstände (Zeitintervalle) führender Flanken, welche mittels dreier aufeinander folgender Zeitmessungen erhalten wurden, ermittelt wird, mit dem mittleren Wert der Abstände führender Flanken verglichen wird, ist, dass der Motor 2 sich nicht immer mit konstanter Drehgeschwindigkeit dreht. D.h., obgleich die gemessenen Zeitintervalle t1, t2 und t3 bei normaler Drehrichtung und konstanter Drehgeschwindigkeit des Motors 2 immer gleich sein sollten, ist die Größenfolge der gemessenen Zeitintervalle in einem Zustand der Beschleunigung t1 < t2 < t3 und in einem Zustand der Abbremsung t1 > t2 > t3. Falls die Beschleunigung oder Abbremsung bei der Gelegenheit konstant ist, sollte der Wert, der durch Halbierung der Summe aus dem ersten Wert t1 und dem dritten Wert t3 der gemessenen Zeitintervalle ermittelt wird, gleich dem mittleren Wert t2 der gemessenen Zeitintervalle sein, weil die gemessenen Zeitintervalle mit einer konstanten Rate verlängert bzw. verkürzt sind.

Wenn andererseits der Abstand (das Zeitintervall) führender Flanken bei irgendeinem Zeitverlauf in dem Fall, in dem der Motor 2 sich in umgekehrter Drehrichtung und mit konstanter Drehgeschwindigkeit dreht, dreimal nacheinander gemessen wird, gehören die Intervalle t1, t2 und t3 zu irgendeinem des in 4B gezeigten Falls oder des in 4C gezeigten Falls. In jedem Fall ist offensichtlich, dass die gemessenen Zeitintervalle die Beziehung [(t1 + t3)/2] ≠ t2 befriedigen. Diese Beziehung ist selbst dann gültig, wenn sich der Motor 2 in einem Zustand der Beschleunigung oder Abbremsung befindet.

In der Ausführungsform 1 wird deshalb in Schritt S2 [(t1 + t3)/2] mit t2 verglichen unter Beachtung der Beziehung zwischen den Zeitintervallen t1, t2 und t3, die durch drei aufeinander folgende Zeitmessungen ermittelt wurden. Wenn das Vergleichsergebnis zeigt, dass [(t1 + t3)/2] gleich t2 ist (unter Beachtung eines Fehlers von gewissem Betrag), dann erkennt der Mikrocomputer 7 darauf, dass der Motor 2 sich in normaler Drehrichtung dreht (Schritt S3).

Wenn andererseits das Vergleichsergebnis in Schritt 52 zeigt, dass [(t1 + t3)/2] ≠ t2 ist (unter Beachtung eines Fehlers von gewissem Betrag), dann erkennt der Mikrocomputer 7 darauf, dass der Motor 2 sich in umgekehrter Drehrichtung dreht (Schritt S4).

(Ausführungsform 2)

Wenn der Motor 2 sich dreht, gibt der Lichtdetektor 5 bei normaler Drehrichtung des Motors 2 ein in 4A gezeigtes Signal aus und bei umgekehrter Drehrichtung in 4B und 4C gezeigte Signale aus.

Der Mikrocomputer 7 ermittelt die Drehrichtung des Motors 2 auf der Basis dieser Signale mittels der folgenden Berechnung. D.h., der Abstand (das Zeitintervall) zwischen benachbarten führenden Flanken wird dreimal nach einander gemessen, so dass die gemessenen Zeitintervalle als t1, t2 bzw. t3 gesetzt werden (Schritt S11).

Dann wird auf der Basis der gemessenen Zeitintervalle tf = (t1 + t3)/2 berechnet (Schritt S12). Dazu sollte tf = t2 erfüllt sein, wenn der Motor 2 sich in der normalen Drehrichtung dreht, während tf ≠ t2 erfüllt sein sollte, wenn der Motor 2 sich in der umgekehrten Drehrichtung dreht. Der Schritt S12 wird grundsätzlich vorgesehen für die Ermittlung von t2 durch Berechnung bei normaler Drehrichtung des Motors 2. Daher ist tf bei umgekehrter Drehrichtung des Motors 2 ein bedeutungsloser Wert.

Dann vergleicht der Mikrocomputer 7 t1 mit t2 (Schritt S13). Wenn das Vergleichsergebnis t1 < t2 zeigt, verzweigt die Operation von Schritt S13 zu Schritt S14, um tr = t1 + t3 zu berechnen, weil die Zeitintervalle mit dem in 4B gezeigten Zeitverlauf gemessen worden sind. Wenn die Zeitintervalle mit dem in 4B gezeigten Zeitverlauf gemessen worden sind, dann wird t2 im Wesentlichen durch Berechnung in dem Schritt S14 ermittelt, weil t1 + t3 = t2 gültig ist.

Wenn das Vergleichsergebnis in Schritt S13 andererseits t1 > t2 zeigt, verzweigt die Operation von Schritt S13 zu Schritt S15, um tr = (t1 + t3)/4 zu berechnen, weil die Zeitintervalle bei dem in 4C gezeigten Zeitverlauf gemessen worden sind. Wenn die Zeitintervalle bei dem in 4C gezeigten Zeitverlauf gemessen worden sind, dann wird t2 im Wesentlichen durch Berechnung in dem Schritt S15 ermittelt, weil (t1 + t3)/4 = t2 gültig ist.

In dem nächsten Schritt S16 wird die Differenz xf zwischen dem aktuell in dem Schritt S11 gemessenen t2 und dem in dem Schritt S12 berechneten tf auf der Basis dieser Berechnungsergebnisse gemessen. Diese Berechnung wird vorgesehen für die Ermittlung von xf = 0 durch Berechnung bei normaler Drehrichtung des Motors 2. Daher wird bei umgekehrter Drehrichtung des Motors 2 xf (> 0) ermittelt.

In dem nächsten Schritt S17 wird die Differenz xr zwischen dem in Schritt S11 aktuelle gemessenen t2 und dem in Schritt S14 oder Schritt S15 berechneten tr berechnet. Diese Berechnung wird vorgesehen durch Berechnung bei umgekehrter Drehrichtung des Motors 2. Daher wird bei normaler Drehrichtung des Motors 2 xr (> 0) ermittelt.

In dem nächsten Schritt S18 werden die in den Schritten S16 bzw. S17 ermittelten Werte xf und xr miteinander verglichen. Wenn der Motor 2 sich in der normalen Drehrichtung dreht, ist xf < xr gültig, weil xf = 0 und xr > 0. Als Ergebnis verzweigt die Operation zu Schritt S19, in dem der Mikrocomputer 7 darauf erkennt, dass der Motor 2 sich in normaler Drehrichtung dreht. Wenn der Motor 2 sich andererseits in der umgekehrten Drehrichtung dreht, ist xf > xr gültig, weil xf > 0 und xr = 0 ist. Als Ergebnis verzweigt die Operation zu Schritt S20, in dem der Mikrocomputer 7 darauf erkennt, dass der Motor 2 sich in umgekehrter Drehrichtung dreht.

Wie oben beschrieben, werden in dem Drehrichtungserkennungsapparat nach der Erfindung nur die führenden Flanken des Signalmusters erkannt, so dass die Drehrichtung durch einfache Berechnung genau ermittelt werden kann.

Der Mikrocomputer 7 berechnet auch die Drehgeschwindigkeit des Motors 2 auf der Basis der Ermittlungsergebnisse. D.h., wenn der Mikrocomputer 7 ermittelt, dass der Motor 2 sich in der normalen Drehrichtung dreht, dann berechnet der Mikrocomputer 7 die Drehgeschwindigkeit des Motors 2 auf der Basis des mittleren Wertes t2 der aufeinander folgend gemessenen Zeitintervalle t1, t2 und t3.

Wenn der Mikrocomputer 7 andererseits ermittelt, dass der Motor 2 sich in der umgekehrten Drehrichtung dreht, dann berechnet der Mikrocomputer 7 die Drehgeschwindigkeit des Motors 2 auf der Basis des Summe (t1 + t2) der ersten zwei Werte der aufeinander folgend gemessenen Zeitintervalle t1, t2 und t3 (d.h. auf der Basis des Abstands t14 (siehe 3D) zwischen zwei führenden Flanken, die an entgegengesetzten, äußeren Seiten der drei aufeinander folgenden, führenden Flanken liegen).

D.h., wenn der Motor 2 sich in der umgekehrten Drehrichtung dreht, wechselt der Abstand zwischen zwei benachbarten führenden Flanken zwischen einem engen Zeitintervall t12 und einem weiten Zeitintervall t13 ab, wie in 3D gezeigt. Aus diesem Grund kann der Mikrocomputer 7 die Drehgeschwindigkeit nicht auf der Basis nur eines der Zeitintervalle t12 (t1 in 4B) und t13 (t2 in 4B) berechnen. D.h., der Mikrocomputer 7 kann nicht ermitteln, ob das gegebene Zeitintervall zu dem engen Zeitintervall oder dem weiten Zeitintervall gehört. Der Abstand (das Zeitintervall) t14, der durch Addition des engen Zeitintervalls t12 und des weiten Zeitintervalls t13 ermittelt wird (der Summe von t1 und t2 in den 4B und 4C), ist jedoch konstant, so dass die Drehgeschwindigkeit auf der Basis des konstanten Zeitintervalls t14 (des konstanten Zeitintervalls t1 + t2) berechnet werden kann.

Wie in 4A bis 4C gezeigt, erfüllen dazu das Zeitintervall t2 als eine Basis der Berechnung bei normaler Drehrichtung (4A) und das Zeitintervall (t1 + t2) als eine Basis der Berechnung bei umgekehrter Drehrichtung (4B und 4C) die Beziehung:

2 × t2 (bei normaler Drehrichtung) = (t1 + t2) (bei umgekehrter Drehrichtung).

In dem Drehrichtungserkennungsapparat nach der Erfindung wird ein neu entworfenes Signalmuster verwendet, so dass die Drehrichtung durch einfache Berechnung genau ermittelt werden kann, wenn nur die führenden Flanken des Signalmusters erkannt werden. Gleichzeitig kann die Drehgeschwindigkeit durch einfache Berechnung genau ermittelt werden, wenn nur führenden Flanken des Signalmusters erkannt werden.


Anspruch[de]
Vorrichtung zur Erkennung der Drehrichtung und Berechnung der Drehgeschwindigkeit, die umfasst:

einen Drehteller (4), der auf einer Drehachse (3) eines Motors (2) montiert ist, und mit einem vorbestimmten Signalmuster ausgerüstet ist, wobei das vorbestimmte Signalmuster so ausgebildet ist, dass bei einer Drehung des Motors (2) eine Auswahl von Reflexion und Nichtreflexion von Licht oder Durchlässigkeit und Nichtdurchlässigkeit für Licht abwechselnd und kontinuierlich wiederholt wird,

eine Lichterkennungseinheit (5) für die Erkennung des Signalmusters des Drehtellers (4),

eine Drehrichtungsermittlungseinheit für die Ermittlung der Drehrichtung des Motors (2) auf der Basis des Signalmusters, das von der Lichterkennungseinheit (5) erkannt wird unter Berechnung von Hilfswerten, die auf einer Messung von drei zeitlichen Abständen steigender Flanken beruhen, und

eine Drehgeschwindigkeitsberechnungseinheit für die Berechnung der Drehgeschwindigkeit des Motors (2) auf der Basis der Drehrichtung, die durch die Drehrichtungsermittlungseinheit ermittelt wird, wobei:

das Signalmuster eingerichtet ist als ein Muster, in dem hochpegelige und niedrigpegelige Bereiche abwechselnd mit einem Verhältnis von 2 : 1 : 1 : 2 wiederholt werden,

die Drehrichtungsermittlungseinheit ermittelt, dass der Motor (2) sich in einer normalen Drehrichtung dreht, wenn errechnet wurde, dass die steigenden Flanken des durch die Lichterkennungseinheit (5) erkannten Signalmusters in regulären Intervallen angeordnet sind, und ermittelt, dass der Motor (2) sich in einer umgekehrten Drehrichtung dreht, wenn errechnet wurde, dass die steigenden Flanken des durch die Lichterkennungseinheit (5) erkannten Signalmusters in irregulären Intervallen angeordnet sind, und

die Drehgeschwindigkeitsberechnungseinheit die Drehgeschwindigkeit des Motors (2) auf der Basis des Abstands zwischen benachbarten steigenden Flanken berechnet, wenn die Drehrichtungsermittlungseinheit ermittelt, dass der Motor (2) sich in der normalen Drehrichtung dreht, und die Drehgeschwindigkeit des Motors (2) auf der Basis des Abstands zwischen zwei steigenden Flanken, die an entgegengesetzten, äußeren Seiten von drei aufeinander folgenden, steigenden Flanken liegen, berechnet, wenn die Drehrichtungsermittlungseinheit ermittelt, dass der Motor (2) sich in der umgekehrten Drehrichtung dreht.
Vorrichtung zur Erkennung der Drehrichtung und Berechnung der Drehgeschwindigkeit, die umfasst:

einen Drehteller (4), der auf einer Drehachse (3) eines Motors (2) montiert ist, und mit einem vorbestimmten Signalmuster ausgerüstet ist, wobei das vorbestimmte Signalmuster so ausgebildet ist, dass bei einer Drehung des Motors (2) eine Auswahl von Reflexion und Nichtreflexion von Licht oder Durchlässigkeit und Nichtdurchlässigkeit für Licht abwechselnd und kontinuierlich wiederholt wird,

eine Lichterkennungseinheit (5) für die Erkennung des Signalmusters des Drehtellers (4), und

eine Drehrichtungsermittlungseinheit für die Ermittlung der Drehrichtung des Motors (2) auf der Basis des Signalmusters, das von der Lichterkennungseinheit (5) erkannt wird und aus der Wiederholung von hochpegeligen und niedrigpegeligen Bereichen besteht unter Berechnung von Hilfswerten, die auf einer Messung von drei zeitlichen Abständen steigender Flanken beruhen, wobei:

das Signalmuster so eingerichtet ist, dass bei normaler Drehrichtung des Motors (2) benachbarte steigende Flanken des Signalmusters in regulären Intervallen angeordnet sind, während benachbarte nachfolgende Flanken des Signalmusters in Intervallen angeordnet sind, die jeweils einen unterschiedlichen Wert bezüglich jedes der regulären Intervalle haben, und

die Drehrichtungsermittlungseinheit die Drehrichtung des Motors (2) auf der Basis einer Prüfung ermittelt, ob die steigenden Flanken des durch die Lichterkennungseinheit (5) erkannten Signalmusters in regulären Intervallen oder in irregulären Intervallen angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Drehrichtungsermittlungseinheit ermittelt, dass der Motor (2) sich in einer normalen Drehrichtung dreht, wenn errechnet wurde, dass die steigenden Flanken des durch die Lichterkennungseinheit (5) erkannten Signalmusters in regulären Intervallen angeordnet sind, und ermittelt, dass der Motor (2) sich in einer umgekehrten Drehrichtung dreht, wenn errechnet wurde, dass die steigenden Flanken des durch die Lichterkennungseinheit (5) erkannten Signalmusters in irregulären Intervallen angeordnet sind. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Signalmuster eingerichtet ist als ein Muster, in dem hochpegelige und niedrigpegelige Bereiche abwechselnd mit einem Verhältnis von 2 : 1 : 1 : 2 wiederholt werden. Vorrichtung nach Anspruch 2, die ferner umfasst:

eine Drehgeschwindigkeitsberechnungseinheit, welche die Drehgeschwindigkeit des Motors (2) auf der Basis des Abstands zwischen benachbarten steigenden Flanken berechnet, wenn die Drehrichtungsermittlungseinheit ermittelt, dass der Motor (2) sich in der normalen Drehrichtung dreht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, die ferner umfasst:

eine Drehgeschwindigkeitsberechnungseinheit, welche die Drehgeschwindigkeit des Motors (2) berechnet auf der Basis des Abstands zwischen zwei steigenden Flanken, die an entgegengesetzten, äußeren Seiten von drei aufeinander folgenden, steigenden Flanken liegen, wenn die Drehrichtungsermittlungseinheit ermittelt, dass der Motor (2) sich in der umgekehrten Drehrichtung dreht.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com