專利名稱：包括控制上下限停止位置的步進(jìn)電機(jī)控制裝置的卷簾機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于百葉窗、電梯等的卷簾(shutter)機(jī)構(gòu)，特別涉及對物體上下限位置處的停止控制的改進(jìn)，該物體會(huì)通過使用檢測出的在用來卷起或退卷該物體的電機(jī)處產(chǎn)生的、負(fù)載的大小來被卷起或退卷。
背景技術(shù)：
如在日本未經(jīng)審查的專利申請2002-332788中所公開的，卷簾機(jī)構(gòu)配備有一卷簾主單元，其具有多片鉸接的板、鉸接的板卷繞的鼓桶、旋轉(zhuǎn)該鼓桶的電機(jī)，以及減速機(jī)構(gòu)。這種類型的卷簾機(jī)構(gòu)通常被安裝在商店、工廠等的入口或出口處的頂部，并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)鼓桶，通過卷起或退卷鉸接的板從而相應(yīng)地打開或關(guān)閉入口/出口?？偠灾@里所描述的卷簾機(jī)構(gòu)、特別是步進(jìn)電機(jī)控制裝置，可被用于控制任何下述應(yīng)用中使用的步進(jìn)電機(jī)，該應(yīng)用需要對一物體的第一和第二停止位置的精確的雙向控制，該物體由此進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
更具體地說，卷簾機(jī)構(gòu)的電機(jī)通常由按下比如位于入口/出口內(nèi)的墻上的一個(gè)按鈕而開動(dòng)。當(dāng)按下按鈕時(shí)，控制器控制供給電機(jī)的電流，因此，使電機(jī)帶動(dòng)鼓桶前向旋轉(zhuǎn)從而退卷卷簾，帶動(dòng)鼓桶反向旋轉(zhuǎn)從而卷起卷簾，或停止。此外，傳感器檢測用于卷起卷簾主單元的上限位置以及用于退卷卷簾主單元的下限位置。將檢測結(jié)果輸入到控制器中，并且該控制器隨后基于檢測結(jié)果停止電機(jī)。
在如上所述的卷簾機(jī)構(gòu)中，即使控制器停止對電機(jī)通電，電機(jī)轉(zhuǎn)子由于慣性的作用還會(huì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。因此，在直到電機(jī)完全停止之前就有一段時(shí)間的滯后，這會(huì)降低卷簾主單元所要停留位置的精確度。另外，包括用于感知卷起卷簾主單元的上限位置和退卷卷簾主單元的下限位置的傳感器的卷簾機(jī)構(gòu)要求額外的部件，并且所需要的將傳感器放在該卷簾機(jī)構(gòu)所使用的位置的裝配是復(fù)雜且耗時(shí)的。
可以在鼓桶中提供一個(gè)制動(dòng)機(jī)構(gòu)，并且可以通過離合器將減速機(jī)構(gòu)連接至鼓桶，從而提高卷簾主單元所要停留的位置的精確度。然而，這類制動(dòng)機(jī)構(gòu)甚至要求更多數(shù)目的部件，并且會(huì)進(jìn)一步增加卷簾機(jī)構(gòu)的制造及裝配成本。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上情況，本發(fā)明的目的之一是提供一種卷簾機(jī)構(gòu)，其可以改進(jìn)要被有選擇地卷起或退卷的物體(下文稱作物體)的停止位置的精確度，而不會(huì)增加部件的數(shù)目或增加該機(jī)構(gòu)的制造成本。
本發(fā)明的另一目的是提供一種卷簾機(jī)構(gòu)，其中物體被卷起或退卷的上下限位置可被輕易設(shè)定。
而本發(fā)明的另一目的是提供一種具有上下限停止位置控制的步進(jìn)電機(jī)控制裝置，該控制被用于包括被卷起或退卷物體的卷簾機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的卷簾機(jī)構(gòu)配備有包括被有選擇地卷起或退卷的物體的鼓桶，用于旋轉(zhuǎn)該鼓桶的步進(jìn)電機(jī)，用于將驅(qū)動(dòng)電流提供給步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，用于將指令脈沖提供給驅(qū)動(dòng)器的控制器，用于存儲(chǔ)控制器的控制數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，以及檢測步進(jìn)電機(jī)上負(fù)載大小的負(fù)載大小檢測電路。
由于本發(fā)明的卷簾機(jī)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)作為鼓桶的動(dòng)力源，就可以控制速度并且在當(dāng)控制器發(fā)出停止指令時(shí)立刻停下該步進(jìn)電機(jī)。因此，可以在不增加部件數(shù)目的情況下提高卷簾機(jī)構(gòu)停止的精確度。另外，由于負(fù)載大小檢測電路檢測到步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載大小，其檢測結(jié)果可被用來設(shè)定物體的上下限位置，并且可以被用來提供比如說緊急停止特征。
本發(fā)明的卷簾機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是這樣的，當(dāng)卷起時(shí)物體到達(dá)上限位置，或當(dāng)退卷時(shí)物體到達(dá)下限位置時(shí)，在步進(jìn)電機(jī)上產(chǎn)生的負(fù)載增加，這使得負(fù)載大小檢測電路可以通過檢測負(fù)載的增加而檢測物體已經(jīng)到達(dá)上部或下部。
此外，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)從控制器輸出的指令脈沖數(shù)，從而在上限和下限位置之間移動(dòng)物體。這使得控制器可以讀出存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的指令脈沖數(shù)，然后，控制將指令脈沖數(shù)輸出給驅(qū)動(dòng)器。例如，即使物體暫時(shí)停止在上限和下限位置之間，仍舊可以在物體重新開始移動(dòng)之后，使之停在上限位置或下限位置上。
當(dāng)負(fù)載大小檢測電路檢測到步進(jìn)電機(jī)上負(fù)載大小增加時(shí)，控制器可以設(shè)置存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中的指令脈沖數(shù)并且停止將該指令脈沖輸出給驅(qū)動(dòng)器。隨后，控制器可以重新開始將指令脈沖輸出給驅(qū)動(dòng)器，在該指令脈沖的輸出已被重啟后，控制器使存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的輸出指令脈沖的輸出達(dá)到負(fù)載大小檢測電路檢測到步進(jìn)電機(jī)上負(fù)載大小增加的那點(diǎn)。在這種情況下，物體被比如先卷起至上限位置，然后退卷至下限位置，并且為了使物體從上限位置移動(dòng)到下限位置而由控制器輸出的脈沖數(shù)被存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中。結(jié)果，就可以通過控制器對相應(yīng)輸出的指令脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而檢測物體到達(dá)了上限或下限位置。
該存儲(chǔ)器可以為存儲(chǔ)指令脈沖數(shù)的非易失性存儲(chǔ)器，這樣控制器就可以將輸出給驅(qū)動(dòng)器的指令脈沖數(shù)與從非易失性存儲(chǔ)器讀出的指令脈沖數(shù)進(jìn)行比較。因此，就可以將物體精確地停止于上限位置或下限位置。該非易失性存儲(chǔ)器可以為非易失性RAM、EPROM、一張或多張軟盤、一個(gè)或多個(gè)硬盤、一個(gè)或多個(gè)光磁盤，或其它可以在斷電后保留存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)介質(zhì)。使用上述的配置，可以自動(dòng)設(shè)置物體的上限位置和下限位置。
該控制器還可以在當(dāng)該物體在上限位置和下限位置之間移動(dòng)且負(fù)載大小檢測電路檢測到的負(fù)載大小超過一預(yù)先設(shè)置的值時(shí)，停止或反向該物體的運(yùn)動(dòng)。例如，如果在該物體被退卷的運(yùn)動(dòng)路徑上有一個(gè)障礙物，則當(dāng)該物體撞上該障礙物時(shí)，負(fù)載大小會(huì)增加。然后，控制器可以或者使該物體停止或者使其沿相反方向移動(dòng)，因此，避免損壞障礙物、該物體以及卷簾機(jī)構(gòu)。
在本發(fā)明的卷簾機(jī)構(gòu)中使用的驅(qū)動(dòng)器可以為斬波型電流源驅(qū)動(dòng)器，其輸出消減驅(qū)動(dòng)器輸出的方波的斬波信號(hào)。斬波型電流源驅(qū)動(dòng)器利用斬波信號(hào)保持給步進(jìn)電機(jī)的電流為一穩(wěn)定的值。換言之，斬波信號(hào)會(huì)避免當(dāng)步進(jìn)電機(jī)上的負(fù)載大小增加時(shí)電流的增加。這種類型的斬波信號(hào)使得斬波型電流源驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的方波被削減為梳齒型。因此，斬波信號(hào)輸出的頻率與負(fù)載大小成比例增加。
負(fù)載大小檢測電路配備有波形檢測器，其檢測并輸出斬波信號(hào)，其中負(fù)載的大小是基于從波形檢測器輸出的波形檢測出的。負(fù)載大小檢測電路可以配備有一濾波器，它將從波形檢測器輸出的波形轉(zhuǎn)換為連續(xù)脈沖序列，這就使得可以基于從濾波器輸出的脈沖寬度來檢測出負(fù)載的大小。反之，負(fù)載大小檢測電路可配備一個(gè)濾波器，它將從波形檢測器輸出的波形信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，這就可以基于從濾波器輸出的電壓信號(hào)檢測負(fù)載的大小。
濾波器可配備有一電容器，其電容量可以根據(jù)想要形狀的脈沖進(jìn)行設(shè)置。例如，如果電容器的電容量相對較小，則梳齒型斬波波型可被轉(zhuǎn)換為連續(xù)脈沖序列。因此，控制器可以基于從濾波器輸出的脈沖寬度檢測出步進(jìn)電機(jī)上的負(fù)載大小。
此外，如果電容量較大，則如上所述，脈沖相互靠近，從而可以產(chǎn)生平滑的波形?；诖?，如果濾波器配備有例如比較器，如果平坦波形的電壓超過設(shè)置在比較器或存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中的預(yù)定電壓，則該比較器可以生成信號(hào)并將其輸出給控制器。
可將波形檢測器安裝在步進(jìn)電機(jī)的線圈和電源之間，以檢測斬波信號(hào)。當(dāng)將斬波信號(hào)和方波波形削減為梳齒型并輸出時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流的電壓瞬時(shí)下降，同時(shí)輸出斬波信號(hào)。當(dāng)輸入該電壓降作為放大器的基極電壓時(shí)，就可以檢測出作為放大器的集電極電流的斬波信號(hào)。該集電極電流的波形為梳齒型斬波波形。


在附圖中，同樣的參考標(biāo)號(hào)表示相同或功能類似的元件，附圖與下面的詳細(xì)描述組合在一起形成說明書的一部分，附圖用于進(jìn)一步闡述優(yōu)選實(shí)施例，以及解釋本發(fā)明的各種原理和益處。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的卷簾機(jī)構(gòu)的從前面看的主視圖；圖2為包括在圖1的卷簾機(jī)構(gòu)中步進(jìn)電機(jī)控制裝置的示意性框圖；圖3為圖2的步進(jìn)電機(jī)控制裝置某些元件的電路圖；圖4A示出了圖3中A點(diǎn)處的示例性的梳齒型集電極電流波形；圖4B和4C分別示出了圖3中B點(diǎn)處的示例性的脈沖波形和電壓；圖5A是對于圖3所示的電源提供的驅(qū)動(dòng)電流的波形，電流隨時(shí)間的變化曲線；圖5B是對于圖3所示的電流驅(qū)動(dòng)器輸出的斬波信號(hào)的波形，電壓隨時(shí)間的變化曲線；圖5C為對于方波波形，電流隨時(shí)間的變化曲線，所述方波波形是響應(yīng)圖5B所示的從電流驅(qū)動(dòng)器的控制部分輸出的斬波信號(hào)，從圖3所示的電流驅(qū)動(dòng)器一放大器輸出的；圖5D為對于驅(qū)動(dòng)電流，電流隨時(shí)間的變化曲線，該驅(qū)動(dòng)電流是響應(yīng)圖5C所示的方波、從圖3的電流驅(qū)動(dòng)器的放大器輸出的。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照附圖討論根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選示例性實(shí)施例的卷簾機(jī)構(gòu)，附圖中，相同的標(biāo)號(hào)表示相同的部件。圖1示出了一種卷簾機(jī)構(gòu)，其被安裝在工廠等處的入口/出口的頂部。外殼1罩在鼓桶2的外面，并且使其可以旋轉(zhuǎn)。卷簾3或更一般地，為可以被有選擇地從鼓桶2上卷起或退卷的物體(一物體)，包括多塊鉸接的板3a，并且該物體一端與鼓桶2相連使得卷簾3可以被從鼓桶2上卷起或退卷。卷簾3與和鼓桶2相連接的一端相對的另一端沿向下的方向下垂并通過外殼1上的開口1a。鼓桶2的兩端有軸2a，其分別由外殼1的兩端支撐，并可以旋轉(zhuǎn)。圖1中鼓桶2的右側(cè)的軸2a通過減速器4與步進(jìn)電機(jī)5的輸出軸相連，該減速器被安裝在外殼1的右側(cè)。
現(xiàn)在參照圖2和圖3，圖中示出了卷簾機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī)控制裝置。該步進(jìn)電機(jī)控制裝置包括微型計(jì)算機(jī)10，其具有CPU 15、存儲(chǔ)器16，以及其它熟知的元件，例如，A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器，以及I/O接口，上述為了便于描述之目的均未被示出。微型計(jì)算機(jī)10將指令脈沖輸出到斬波型電流源驅(qū)動(dòng)器(以下稱為電流驅(qū)動(dòng)器)20，并且電流驅(qū)動(dòng)器20在與指令脈沖相對應(yīng)的時(shí)間，由電源13提供特定的直流電流到步進(jìn)電機(jī)5的線圈C，下面將對其細(xì)節(jié)進(jìn)行更詳細(xì)地討論。
如圖3所示，電流驅(qū)動(dòng)器20包括控制部分21和由例如場效應(yīng)晶體管(FET)形成的放大器22?？刂撇糠?1包括分配器21a，震蕩器21b和比較器21c。分配器21a可以是，例如雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)集成電路或類似電路，它能分配方波(也稱為脈沖或斬波信號(hào))以根據(jù)來自微型計(jì)算機(jī)10的控制信號(hào)或脈沖信號(hào)控制加到放大器22上的偏置電流。偏置電流引起發(fā)射極電流從電源13流向放大器22，形成提供給線圈C的驅(qū)動(dòng)電流。比較器21c監(jiān)測位于放大器22的FET的集電極和地之間的電阻R1的端點(diǎn)P和Q上的電壓，并當(dāng)檢測到端點(diǎn)P和Q上的電壓增加超過預(yù)定值時(shí)，輸出邏輯信號(hào)到震蕩器21b。該增加的預(yù)定值表明驅(qū)動(dòng)電流的值已經(jīng)增加，而驅(qū)動(dòng)電流的值已經(jīng)增加又表明步進(jìn)電機(jī)5上的負(fù)載的大小已經(jīng)增加。一旦從比較器21c收到邏輯信號(hào)后，震蕩器21b以大約10KHz到40KHz之間的某一頻率輸出方波或脈沖信號(hào)到分配器21a，以控制斬波來自微型計(jì)算機(jī)10的控制信號(hào)。通過輸出最終的斬波信號(hào)，控制部分21能將電機(jī)5的驅(qū)動(dòng)電流維持恒定。
仍舊參見圖3，負(fù)載大小檢測電路30連接在步進(jìn)電機(jī)5的電源13和線圈C之間，并且包括波形檢測器40和波形發(fā)生器電路50。波形檢測器40內(nèi)置的負(fù)載電阻R2串聯(lián)于電源13和線圈C之間，并且放大器41經(jīng)可變電阻R3并聯(lián)于負(fù)載電阻R2的兩端。電流驅(qū)動(dòng)器20輸出斬波信號(hào)使得所提供的驅(qū)動(dòng)電流瞬間下降，并且放大器41的基極電壓下降時(shí)，放大器41將集電極電流輸出到波形發(fā)生器電路50。
波形發(fā)生器電路50包括電容器51、比較器52以及電阻R4和R5。電容器51和電阻R4、R5有效地形成濾波器，使得如圖4A所示從波形檢測器輸出的梳齒型集電極電流波形(斬波波形)形成圖4B所示、來自連續(xù)脈沖序列的脈沖信號(hào)。將該脈沖信號(hào)輸入到微型計(jì)算機(jī)10，其中微型計(jì)算機(jī)10根據(jù)脈沖信號(hào)的寬度(即持續(xù)時(shí)間)來推斷步進(jìn)電機(jī)5的負(fù)載的大小。
如果電容器51的電容量較大，則所述脈沖彼此連續(xù)，從而形成圖4C所示的不同電壓的平坦波形。當(dāng)脈沖形成平坦波形時(shí)，平坦波形被輸入到比較器52。如果該電壓大于設(shè)置給比較器52的預(yù)定電壓，則比較器52就向微型計(jì)算機(jī)10輸出信號(hào)。微型計(jì)算機(jī)10根據(jù)比較器52是否輸出信號(hào)來推斷步進(jìn)電機(jī)5的負(fù)載是否超過特定的預(yù)定值。注意，在脈沖信號(hào)為圖4B所示的情況下，不啟動(dòng)比較器52。
圖3還示出了用于設(shè)置比較器52的預(yù)定電壓的選擇器開關(guān)53，其中選擇器開關(guān)對應(yīng)于三種不同的電平高(H)，中(M)和低(L)。同樣，當(dāng)微型計(jì)算機(jī)10確定步進(jìn)電機(jī)5的負(fù)載超過特定的預(yù)定值時(shí)，其所包括的發(fā)光二極管11發(fā)光。
再次參見圖2，圖中示出了示例性的交換臺(tái)14，其與微型計(jì)算機(jī)10相連。交換臺(tái)14配備有上(UP)，下(DOWN)和停止(STOP)開關(guān)14a，14b和14c用于提升，放下以及停止卷簾3。交換臺(tái)14還配備有復(fù)位(RESET)和置位(SET)開關(guān)14d和14e用于設(shè)置卷簾3的上限和下限位置。
下面對上述通過卷簾機(jī)構(gòu)手動(dòng)設(shè)置卷簾3的上限和下限位置進(jìn)行解釋。首先，當(dāng)操作DOWN開關(guān)時(shí)，將指示DOWN的信號(hào)輸出給微型計(jì)算機(jī)10。這使得微型計(jì)算機(jī)10將指令脈沖輸出到電流驅(qū)動(dòng)器20，并且其控制部分21輸出寬度(時(shí)間)與指令脈沖的寬度(時(shí)間)相同的方波到放大器22。該方波又使得發(fā)射極電流從電源13流向放大器22，從而將驅(qū)動(dòng)電流供給線圈C。因此，步進(jìn)電機(jī)5的輸出軸旋轉(zhuǎn)使鼓桶2旋轉(zhuǎn)，并因此退卷卷簾3。此時(shí)，以及每次輸出指令脈沖時(shí)，微型計(jì)算機(jī)10都會(huì)遞減CPU15的寄存器中的值。
當(dāng)卷簾3的下部邊緣部分已經(jīng)被放低到足夠碰到例如地面時(shí)，操作STOP開關(guān)14c。這會(huì)停止從微型計(jì)算機(jī)10輸出指令脈沖，結(jié)果步進(jìn)電機(jī)5立即停止。然后，操作RESET開關(guān)14d來清除存儲(chǔ)器16，同時(shí)清除存儲(chǔ)于CPU15的寄存器中的指令脈沖數(shù)，因此，有效地存儲(chǔ)卷簾3的下限位置。
當(dāng)啟動(dòng)UP開關(guān)14a時(shí)，卷簾3被卷到鼓桶2上。在該卷起操作過程中，每輸出一個(gè)指令脈沖就將CPU15的寄存器中的值加1。當(dāng)卷簾3的下部邊緣到達(dá)比如外殼1的開口1a附近時(shí)，啟動(dòng)STOP開關(guān)14c來停止卷起卷簾3。隨后，當(dāng)操作SET開關(guān)14e之后，將存儲(chǔ)于寄存器中的指令脈沖數(shù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器16中，從而有效地將卷簾3的上限位置存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器16中。
下面將對通過上述卷簾機(jī)構(gòu)自動(dòng)設(shè)置卷簾3的上下限位置進(jìn)行解釋。首先，自動(dòng)啟動(dòng)DOWN開關(guān)14b退卷卷簾3直到其下部邊緣碰到地面表面。這使得步進(jìn)電機(jī)5的負(fù)載大小增加。
圖5A示出了電源13提供的驅(qū)動(dòng)電流的波形。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)5上的負(fù)載大小增加時(shí)，電源13提供的驅(qū)動(dòng)電流也增加。這使得電阻R1的端部(點(diǎn)P和Q)處的電壓增加。控制部分21檢測到該電壓增加，并因此輸出如圖5B所示的那樣的斬波信號(hào)。圖5C示出了當(dāng)輸出斬波信號(hào)時(shí)，從電流驅(qū)動(dòng)器20輸出的方波波形。如圖5C所示，方波波形采取下述形狀，其在對應(yīng)于輸出斬波信號(hào)的時(shí)間被削減為梳齒型。
圖5D示出了當(dāng)放大器22輸出這種梳齒型方波時(shí)驅(qū)動(dòng)電流的波形圖。如圖所示，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)5的負(fù)載大小增加，使得電源13提供的驅(qū)動(dòng)電流增加時(shí)，控制部分21立即輸出斬波信號(hào)，使得驅(qū)動(dòng)電流瞬時(shí)下降。由此，如圖5D所示，由于負(fù)載大小增加導(dǎo)致的驅(qū)動(dòng)電流的增加迅速得以補(bǔ)償，由此使得驅(qū)動(dòng)電流值保持基本一致。
當(dāng)增加的驅(qū)動(dòng)電流值下降時(shí)，負(fù)載電阻R2上的電壓也下降。該壓降使波形檢測器中的放大器41的基極電壓下降，從而在放大器41產(chǎn)生集電極電流。該集電極電流采取圖4A所示的梳齒型斬波波形，并與斬波信號(hào)同步。
此處圖4A-4C最左邊標(biāo)號(hào)(1)一欄的波形圖示出了步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載大小大致為額定值的狀態(tài)，在這種情況下，從電流驅(qū)動(dòng)器20輸出的斬波信號(hào)量較小。如圖4A從右向左的波形圖所示，負(fù)載大小增加，斬波信號(hào)數(shù)目增加，并且圖4A-4C的最右邊的標(biāo)號(hào)(4)一欄的波形圖展示了步進(jìn)電機(jī)5馬上就要失步之前的狀態(tài)。另外，當(dāng)斬波信號(hào)的數(shù)目增加，如圖4B所示，脈沖的寬度變大，且如圖4C所示，電壓增加。
微型計(jì)算機(jī)10的存儲(chǔ)器16存儲(chǔ)特定脈沖寬度(時(shí)間)或特定的電壓作為閾值，如果從負(fù)載大小檢測電路30輸入的信號(hào)顯示已超過該閾值，則微型計(jì)算機(jī)停止輸出指令脈沖，因此，停止步進(jìn)電機(jī)5的旋轉(zhuǎn)，并使卷簾3停止運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，微型計(jì)算機(jī)10使發(fā)光二極管11發(fā)光。
另外，微型計(jì)算機(jī)10在清除存儲(chǔ)器16的內(nèi)容的同時(shí)，清除存儲(chǔ)于CPU15的寄存器中的指令脈沖數(shù)。因此，當(dāng)卷簾3到達(dá)下限位置且步進(jìn)電機(jī)5的負(fù)載增加時(shí)，由于CPU 15的寄存器和存儲(chǔ)器16中的內(nèi)容已被清除，故卷簾3的下限位置被存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器16中。
隨后，UP開關(guān)14a被自動(dòng)啟動(dòng)從而卷起卷簾3。在這種情況下，微型計(jì)算機(jī)10每輸出一個(gè)指令脈沖，CPU 15的寄存器中的值就加1。當(dāng)卷簾3的底部邊緣到達(dá)例如外殼1的開口1a附近時(shí)，安裝在卷簾3的底部邊緣的保護(hù)部分3b適配進(jìn)外殼1的開口1a，并且步進(jìn)電機(jī)5的負(fù)載增加。在這種情況下，微型計(jì)算機(jī)10停止輸出指令脈沖，且以與上述相同的方式，停止卷起卷簾3。此外，微型計(jì)算機(jī)10將存儲(chǔ)于CPU15的寄存器中的指令脈沖數(shù)存入存儲(chǔ)器16。因此，當(dāng)卷簾3到達(dá)上限位置且步進(jìn)電機(jī)5的負(fù)載大小增加時(shí)，將輸出的為把卷簾3從下限位置移動(dòng)到上限位置的指令脈沖數(shù)存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器16，從而有效地存儲(chǔ)卷簾3的上限位置。
應(yīng)當(dāng)意到，可以通過操作交換臺(tái)上的開關(guān)14a-14e從而啟動(dòng)，例如卷簾的手動(dòng)設(shè)置、自動(dòng)設(shè)置、自動(dòng)操作、手動(dòng)操作等。
如上所示，在手動(dòng)或自動(dòng)設(shè)置了卷簾3的上限位置和下限位置之后，就可以自動(dòng)執(zhí)行打開或關(guān)閉卷簾的操作了。換言之，當(dāng)卷簾3位于上限位置時(shí)，操作DOWN開關(guān)14b，CPU 15的寄存器中的值就減少。微型計(jì)算機(jī)10的CPU 15不斷參考該寄存器中的值，并且在當(dāng)該值達(dá)到0時(shí)停止輸出指令脈沖。這會(huì)將卷簾3停止在下限位置。當(dāng)啟動(dòng)UP開關(guān)14a時(shí)，遞增CPU 15的寄存器中的值，并且CPU 15將該寄存器中的值和存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器16中的值進(jìn)行比較。當(dāng)寄存器中的值變得與存儲(chǔ)器16中的值相等時(shí)，微型計(jì)算機(jī)10停止輸出指令脈沖，因此，將卷簾3停止在上限位置。注意，即使卷簾3在下降過程中被抬高，或者與之相反，存儲(chǔ)器從遞減轉(zhuǎn)為遞增(或與之相反)。因此，卷簾3總可以停止在上限位置或下限位置。
下面解釋卷簾3運(yùn)行路徑中有例如貨物這樣的障礙物時(shí)，上述卷簾機(jī)構(gòu)的操作。在這種情況下，微型計(jì)算機(jī)10的存儲(chǔ)器16將特定脈沖寬度(時(shí)間)或特定的電壓存儲(chǔ)為一閾值，這樣如果從負(fù)載大小檢測電路30輸入的信號(hào)顯示該閾值已經(jīng)被超出，則停止輸出指令脈沖從而停止卷簾3的運(yùn)動(dòng)。這樣就可以預(yù)先避免破壞卷簾3和障礙物，以及卷簾機(jī)構(gòu)中其它元件。
此處存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器16中的閾值對于自動(dòng)設(shè)置以及對于障礙物檢測來說是不同的。例如，如圖4A(2)所示的示例性的脈沖所顯示的，對于自動(dòng)設(shè)置而言，閾值可以對應(yīng)于負(fù)載大小的相對較小的增加，如圖4A(3)所示的示例性脈沖所顯示的，在操作過程中，該閾值可以對應(yīng)于負(fù)載大小的相對較大的增加。在此配置下，在操作過程中卷簾3到達(dá)上限位置或下限位置時(shí)施加于卷簾機(jī)構(gòu)的元件的負(fù)載是最小的。同樣，這使得可以避免諸如由于阻力增加而導(dǎo)致的操作中的卷簾3無意識(shí)的停止，通常這種阻力的增加是由例如粘附于支撐卷簾3的導(dǎo)向裝置上的銹斑或灰塵造成的。
注意，可以通過在達(dá)到0或設(shè)置值之前停止輸出指令脈沖，來減小當(dāng)卷簾3到達(dá)上限位置或下限位置時(shí)所施加的負(fù)載，當(dāng)CPU 15的寄存器的值從零遞增到設(shè)置值時(shí)為達(dá)到設(shè)置值之前，或者當(dāng)寄存器的值從設(shè)置值遞減到零時(shí)則為在達(dá)到零之前。
由于本發(fā)明的卷簾機(jī)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)5作為鼓桶2的動(dòng)力源，所以可以在控制并且停止步進(jìn)電機(jī)5的轉(zhuǎn)子的同時(shí)，停止從微型計(jì)算機(jī)15輸出指令脈沖。因此，可以在不增加如傳感器的額外部件的情況下，增加卷簾3停止的精確度。此外，由于提供了負(fù)載大小檢測電路30來檢測步進(jìn)電機(jī)5上的負(fù)載大小，就可以使用其檢測結(jié)果來設(shè)置卷簾3的上限位置和下限位置，并且將其檢測結(jié)果用于例如緊急停止。
換言之，由于當(dāng)負(fù)載大小檢測電路30檢測到步進(jìn)電機(jī)5產(chǎn)生的負(fù)載大小的增加，存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器16的指令脈沖數(shù)被重置，并且當(dāng)負(fù)載大小檢測電路30在重新開始輸出指令脈沖之后，檢測到步進(jìn)電機(jī)5產(chǎn)生的負(fù)載大小的增加，輸出的達(dá)到該點(diǎn)的指令脈沖數(shù)被存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器16中，因此，可以自動(dòng)設(shè)置卷簾3的上限位置和下限位置。
上述本發(fā)明的卷簾機(jī)構(gòu)還可以使負(fù)載大小檢測電路30的檢測結(jié)果自動(dòng)設(shè)置選擇被卷起或退卷的物體的上限位置和下限位置，以及將檢測的結(jié)果用于例如緊急停止中。
本發(fā)明的卷簾機(jī)構(gòu)和步進(jìn)電機(jī)控制裝置在多種應(yīng)用中都是有用的，例如在這樣的結(jié)構(gòu)中，其中當(dāng)退卷物體時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩作用于該物體，即例如卷簾的例子。然而，本發(fā)明的卷簾機(jī)構(gòu)和步進(jìn)電機(jī)控制裝置還可以用于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩不對物體起作用的情況，例如垂簾、窗簾、遮擋物等。另外，本發(fā)明的卷簾機(jī)構(gòu)和步進(jìn)電機(jī)控制裝置還可被用于基本上剛性(硬質(zhì))的結(jié)構(gòu)，例如金屬絲，在這種情況下，轉(zhuǎn)矩作用于物體。本發(fā)明的卷簾機(jī)構(gòu)和步進(jìn)電機(jī)控制裝置還可以被用于，例如，簽字板、照明設(shè)備、隔離簾，人工駕駛的剛朵拉(gondolas)以及其它其中有使用金屬絲、鏈子等的提升裝置的卷起裝置。
本說明書是為了描述怎樣制造和使用根據(jù)本發(fā)明的不同的實(shí)施例，而不是為了限制其真實(shí)的、預(yù)期的以及合理的范圍及精神。前面的描述并不打算窮舉，也不打算將本發(fā)明限制到這種已公開的精確形式?？梢愿鶕?jù)上述說明進(jìn)行修改和變化。這里選擇和描述的實(shí)施例對本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了最佳闡述，使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員都可根據(jù)預(yù)期的特定應(yīng)用以不同實(shí)施例和不同的修改來利用本發(fā)明。當(dāng)按照其被清楚地、合法地及公正地授權(quán)的范圍來解釋時(shí)，所有的修改和變化(包括可能在本申請未授權(quán)期間進(jìn)行的修改及其等同形式)都在附屬的權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種卷簾機(jī)構(gòu)包括鼓桶(2)，它包括卷于其上的物體(3)；步進(jìn)電機(jī)(5)，與所述鼓桶(2)電連接，用于旋轉(zhuǎn)鼓桶(2)從而有選擇地卷起或退卷所述物體(3)；驅(qū)動(dòng)器(20)，與所述步進(jìn)電機(jī)(5)電連接，用于將驅(qū)動(dòng)電流提供給所述步進(jìn)電機(jī)(5)；控制器(10)，用于控制所述驅(qū)動(dòng)器(20)從而啟動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)器(20)將所述驅(qū)動(dòng)電流提供給所述步進(jìn)電機(jī)(5)，所述控制器(10)包括用于存儲(chǔ)供所述控制器(10)使用的電機(jī)控制數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器(16)；以及負(fù)載大小檢測電路(30)，與所述步進(jìn)電機(jī)(5)電通信，用于檢測所述步進(jìn)電機(jī)(5)上的負(fù)載大小，并用于將指示所述步進(jìn)電機(jī)(5)上負(fù)載大小的負(fù)載信號(hào)輸出給所述控制器(10)，其中所述控制器(10)用于基于負(fù)載信號(hào)和存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器(16)中的電機(jī)控制數(shù)據(jù)開始或停止將指令脈沖輸出給所述驅(qū)動(dòng)器(20)。
2.如權(quán)利要求1的卷簾機(jī)構(gòu)，其中所述負(fù)載大小檢測電路(30)用于在當(dāng)所述物體(3)到達(dá)上限位置或下限位置時(shí)，檢測步進(jìn)電機(jī)(5)負(fù)載大小的增加。
3.如權(quán)利要求1的卷簾機(jī)構(gòu)，其中存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)器(16)中的所述電機(jī)控制數(shù)據(jù)包括若干所述控制器(10)輸出的、用來在上限位置和下限位置之間移動(dòng)所述物體(3)的指令脈沖。
4.如權(quán)利要求3的卷簾機(jī)構(gòu)，其中所述控制器(10)用于在當(dāng)所述負(fù)載大小檢測電路(30)檢測到所述步進(jìn)電機(jī)(5)上負(fù)載大小的增加，重置存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)器(16)上的指令脈沖數(shù)，同時(shí)停止輸出所述指令脈沖。
5.如權(quán)利要求4的卷簾機(jī)構(gòu)，其中所述控制器(10)還用于恢復(fù)輸出指令脈沖，并用于在當(dāng)所述負(fù)載大小檢測電路(30)隨后檢測到所述步進(jìn)電機(jī)(5)上的負(fù)載大小增加時(shí)，停止輸出所述指令脈沖；以及所述存儲(chǔ)器(16)還用于同時(shí)存儲(chǔ)輸出的指令脈沖數(shù)，直到所述負(fù)載大小檢測電路(30)隨后檢測到所述步進(jìn)電機(jī)(5)上的負(fù)載大小增加。
6.如權(quán)利要求5的卷簾機(jī)構(gòu)，其中所述存儲(chǔ)器(16)包括用于存儲(chǔ)所述指令脈沖數(shù)的非易失性存儲(chǔ)器。
7.如權(quán)利要求6的卷簾機(jī)構(gòu)，其中所述控制器(10)用于將輸出給所述驅(qū)動(dòng)器(20)的指令脈沖數(shù)與存入并從所述非易失性存儲(chǔ)器中讀出的指令脈沖數(shù)進(jìn)行比較，從而將所述物體(3)停止在上限位置或下限位置。
8.如權(quán)利要求7的卷簾機(jī)構(gòu)，其中所述負(fù)載大小檢測電路(30)還在當(dāng)所述物體(3)在上限位置和下限位置之間移動(dòng)時(shí)，停止或倒退移動(dòng)時(shí)，用于檢測所述步進(jìn)電機(jī)(5)上的產(chǎn)生的負(fù)載大小的增加。
9.如權(quán)利要求8的卷簾機(jī)構(gòu)，其中所述物體(3)或者停止或者倒退移動(dòng)時(shí)增加的負(fù)載大小大于重置存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)器(16)上的指令脈沖數(shù)或?qū)⒅噶蠲}沖數(shù)存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)器(16)時(shí)增加的負(fù)載大小。
10.如權(quán)利要求1的卷簾機(jī)構(gòu)，其中所述驅(qū)動(dòng)器(20)為斬波型電流源驅(qū)動(dòng)器，其產(chǎn)生斬波信號(hào)來削減所述驅(qū)動(dòng)器(20)所輸出的方波。
11.如權(quán)利要求10的卷簾機(jī)構(gòu)，其中所述負(fù)載大小檢測電路(30)包括波形檢測器(40)，所述波形檢測器(40)檢測并輸出所述斬波信號(hào)，并且其中負(fù)載大小檢測電路(30)用于基于從所述波形檢測器(40)輸出的波形來檢測步進(jìn)電機(jī)(5)上的負(fù)載大小。
12.如權(quán)利要求11的卷簾機(jī)構(gòu)，其中所述負(fù)載大小檢測電路(30)包括濾波器(51，R4，R5)，用于將從所述波形檢測器(40)輸出的波形轉(zhuǎn)換為脈沖系列，并且其中所述負(fù)載大小檢測電路(30)用于基于所述濾波器輸出的脈沖寬度來檢測所述步進(jìn)電機(jī)(5)上負(fù)載的大小。
13.如權(quán)利要求11的卷簾機(jī)構(gòu)，其中所述負(fù)載大小檢測電路包括濾波器(51，R4，R5)，它將從波形檢測器(40)輸出的波形轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并且其中所述波形檢測電路(30)基于所述濾波器輸出的電壓信號(hào)來檢測所述步進(jìn)電機(jī)(5)上負(fù)載的大小。
14.一種用于控制步進(jìn)電機(jī)的上限和下限停止位置的步進(jìn)電機(jī)控制裝置包括微型計(jì)算機(jī)(10)，它包括用于存儲(chǔ)上限和下限電機(jī)停止位置數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器(16)；負(fù)載大小檢測電路(30)，用于檢測所述步進(jìn)電機(jī)(5)上負(fù)載的增加以及用于將指示該增加的信號(hào)輸入到所述微型計(jì)算機(jī)(10)；以及電流驅(qū)動(dòng)器(20)，用于將驅(qū)動(dòng)電流提供給所述步進(jìn)電機(jī)(5)，其中所述微型計(jì)算機(jī)(10)還用于響應(yīng)從所述負(fù)載大小檢測電路(30)接收指示所述步進(jìn)電機(jī)(5)上負(fù)載增加的信號(hào)，基于存儲(chǔ)的上限和下限電機(jī)停止位置數(shù)據(jù)來控制所述電流驅(qū)動(dòng)器(20)使其有選擇地開始或停止將驅(qū)動(dòng)電流提供給所述步進(jìn)電機(jī)(5)。
15.如權(quán)利要求14的步進(jìn)電機(jī)控制裝置，其中所述存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)器(16)中的上限和下限電機(jī)停止位置數(shù)據(jù)包括將由所述微型計(jì)算機(jī)(10)輸出給所述電路驅(qū)動(dòng)器(20)的指令脈沖數(shù)。
16.如權(quán)利要求15的步進(jìn)電機(jī)控制裝置，其中所述微型計(jì)算機(jī)(10)用于將由此輸出給所述電流驅(qū)動(dòng)器(20)的指令脈沖數(shù)與存儲(chǔ)于并從所述存儲(chǔ)器(16)中讀出的指令脈沖數(shù)進(jìn)行比較，從而判斷是否已經(jīng)到達(dá)上限或下限電機(jī)停止位置。
17.如權(quán)利要求14的步進(jìn)電機(jī)控制裝置，其中所述負(fù)載大小檢測電路(30)還用于在當(dāng)由所述步進(jìn)電機(jī)(5)移動(dòng)的物體(3)停止或以相反方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，檢測所述步進(jìn)電機(jī)(5)上負(fù)載的增加。
18.如權(quán)利要求14的步進(jìn)電機(jī)控制裝置，其中所述電流驅(qū)動(dòng)器(20)為斬波型電流源驅(qū)動(dòng)器，它產(chǎn)生削減輸出的方波的斬波信號(hào)。
19.如權(quán)利要求18的步進(jìn)電機(jī)控制裝置，其中所述負(fù)載大小檢測電路(30)包括波形檢測器(40)，其檢測并輸出斬波信號(hào)，并且其中所述負(fù)載大小檢測電路(30)用于基于從所述波形檢測器(40)輸出的波形檢測所述步進(jìn)電機(jī)(5)上的負(fù)載大小。
20.一種步進(jìn)電機(jī)控制裝置，用于控制由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)的物體的雙向的第一和第二停止位置，該控制裝置包括微型計(jì)算機(jī)(10)，它包括用于存儲(chǔ)第一和第二停止位置數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器(16)；負(fù)載大小檢測電路(30)，用于檢測所述步進(jìn)電機(jī)(5)上負(fù)載的增加以及用于將指示該增加的信號(hào)輸入到所述微型計(jì)算機(jī)(10)；以及電流驅(qū)動(dòng)器(20)，用于將驅(qū)動(dòng)電流提供給所述步進(jìn)電機(jī)(5)，其中所述微型計(jì)算機(jī)(10)還用于基于存儲(chǔ)的第一和第二停止數(shù)據(jù)以及基于來自所述負(fù)載大小檢測電路(30)的指示所述步進(jìn)電機(jī)(5)上負(fù)載增加的信號(hào)，控制所述電流驅(qū)動(dòng)器(20)有選擇地開始或停止將所述驅(qū)動(dòng)電流供給所述步進(jìn)電機(jī)(5)。
全文摘要
一種卷簾機(jī)構(gòu)包括鼓桶(2)、步進(jìn)電機(jī)(5)、驅(qū)動(dòng)器(20)、微型計(jì)算機(jī)(10)、存儲(chǔ)器(16)，以及當(dāng)諸如卷簾(3)這類物體被從鼓桶(2)上卷起或退卷時(shí)，檢測加于步進(jìn)電機(jī)(5)上負(fù)載大小的負(fù)載大小檢測電路(30)。該微型計(jì)算機(jī)(10)可以在當(dāng)負(fù)載檢測電路(30)檢測到步進(jìn)電機(jī)(5)上負(fù)載的增加時(shí)，通過重置存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器(16)上的指令脈沖數(shù)，設(shè)置卷簾(3)的上、下的上限和下限停止位置；并且在當(dāng)隨后重啟指令脈沖的輸出后，隨后負(fù)載檢測電路(30)檢測到步進(jìn)電機(jī)(5)上負(fù)載的增加，存儲(chǔ)從該存儲(chǔ)器(16)輸出的那點(diǎn)的指令脈沖數(shù)；從而設(shè)置卷簾的上限和下限停止位置。
文檔編號(hào)E06B9/88GK1514104SQ20031011300
公開日2004年7月21日 申請日期2003年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月25日
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