专利名称:机电执行机构的制作方法
本发明涉及一种机电执行机构，特别是涉及一种电动机与用以控制电动机本身运行的控制和驱动电路的组合。
图1表示一个包括步进电机1(电动机的一个实例)及其驱动电路2的装置。驱动电路2包括用于接通或切断至步进电机1的定子绕组的电流的诸功率晶体管。定时控制电路3以诸定时控制信号提供给驱动电路2，以控制步进电机运行的各时限。控制器4是由微处理机(CPU)或类似的器件组成，而以诸控制信号提供给定时控制电路3。驱动电流是通过输出线5流向步进电机1。同样，备有驱动信号线6和控制信号线7。VP和EP表示驱动电路2的电源和地线。VL和EL表示定时控制电路3的电源和地线。
控制器4提供一特定方式指令转动方向即正向或反向的控制信号，和激励方式即单相、两相或单/两相的控制信号，以及动作步数的控制信号，遵循一特定的程序以控制定时控制电路3。定时控制电路3响应着该指令，根据预先编制的驱动程序，决定待激励的相、驱动时间和过驱动时间。定时控制电路3继续向驱动电路2提供诸驱动信号6，直至所指令的步数的动作完成为止。提供一个恒流反馈以控制诸驱动信号6的通/断，来维持馈至步进电机的电流恒定。驱动电路2响应着诸驱动信号6，而将设置在里面的诸功率晶体管接通和切断，以接通和切断至步进电机1的各相的诸驱动电流。当采用一过驱动电路时，电流基准转换到一个较大的值，从而产生一个较大的转矩。
步进电机1由到各相的诸驱动电流所产生的磁场和诸转子磁体的磁场的矢和相互作用产生诸转矩，而相应地旋转和停止。步进电机1由于被来自控制器4的诸控制信号所指令的步数而旋转。
在普通的装置中，控制器4、定时控制电路3和驱动电路2是安装在与步进电机1分开的板上。使用连接线或接线板，用以将上面安装诸电路的板上的驱动电流传导至步进电机1。
用于驱动电动机的先有技术装置具有下列的缺点(ⅰ)驱动电路等的板是设置在步进电机的外部，而在板和步进电机之间需要许多导线。这就妨碍减小尺寸和降低成本。
(ⅱ)板和步进电机之间的导线5，能产生干扰电磁波。
(ⅲ)当步进电机以高功率驱动时，在板上必须备有一用作热扩散的散热器。这也妨碍减小尺寸和降低成本。
(ⅳ)当必须驱动若干步进电机时，对于每个电动机就需要分开的导线。因此导线的总数就会很大。
本发明的一个目的是减少用于驱动一个电动机或几个电动机的导线数目。
本发明的另一个目的是减少干扰电磁波的辐射。
本发明的另外一个目的是提供一种具有热扩散比较容易的结构。
本发明的还有一个目的是能使尺寸减小和成本降低。
根据本发明的一个方面，所提供的一种机电执行机构包括一个电动机，一个与电动机整体安装的控制和驱动电路，所述控制和驱动电路包括一个串行-并行转换器，用以将串行数据形式的控制信号转换成并行数据形式，以及用以响应于并行数据形式的控制信号产生一用于电动机的驱动电流或电压的装置。
根据本发明的另一个方面，提供一个用来自主控制器的指令用以访问多个机电执行机构的系统，其中各执行机构被连接至串行线，而其控制部分包括一个串行数据接收机;一个处理机用以确定来自接收到的串行数据中的地址数据，是否该数据构成一个有待由此控制器执行的命令，以及如果它们不是，用以修改发送至另一个执行机构的串行数据。
在上述系统中，由接收机从串行线接收的数据，是由一处理机以固定的方式处理，而其结果与某一固定值进行比较。如果该结果与固定值相符，该数据被作为此执行机构的命令执行。如果该结果与固定值不符，处理过的数据被代入到被发送到另一个执行机构的串行数据中。
根据本发明的另外一个方面，提供一个用来自主控制器的指令用以访问多个机电执行机构的系统，其中各执行机构被连接至串行线，而其控制部分包括一个地址寄存器，当执行机构被预置时，在其中一个公共的值被置位;以及一个接口控制器，当从串行线的串行数据中接收的地址与地址寄存器中的固定值符合时，将一个对执行机构特定的地址写入地址寄存器中，而且还将一个用于输出来改变的串行数据的旁路电路闭合，然后根据接收到的数据执行随后的处理。
在上述系统中，所有控制器的地址寄存器都被预置在相同的固定值。当包含在接收到的串行数据中的地址符合固定值时，对个别执行机构为特定的地址在地址寄存器中被置位。当以这种方式的预置完成时，由各执行机构进行的随后的处理，是由串行数据中的一个执行机构-特定地址来操纵。当该地址被置位时，旁路电路也被闭合，用以输出来改变的接收到的数据。
根据本发明的还有一个方面，提供一个执行机构控制系统，该系统包括多个执行机构，各有一个电动机、一个用以驱动电动机的驱动器和一个用以将控制信号发送至驱动器的控制部分;一个用以控制多个执行机构的控制器以及一条用以将诸执行机构串联连接至控制器的串行数据线。各执行机构中的控制部分包括一个地址寄存器，可由控制器置位，用以存储对执行机构特定的地址值;预置装置用以在实行通电复位或初始复位时在地址寄存器中设定一个初始值;地址设定装置用以在初始调定时根据从控制器接收的串行数据在地址寄存器中设定一个对执行机构特定的地址值;以及指令-处理/串行-数据-发送装置，用以在初始调定以后将接收到的串行数据中的地址值与地址寄存器中的地址值比较，于是当两值相等时，执行由控制器指挥的处理和禁止输入串行数据发送至下一个执行机构，不然当两值不相等时，则将未改变的输入串行数据发送至下一个执行机构。
在上述系统中，执行机构备有一个地址寄存器，其中由控制器选定的执行机构地址能由软件装置来置位。预置装置在通电复位或初始复位时将地址寄存器清零，因此所有的执行机构在它们的地址寄存器中具有相同的值。在预置以后，地址-置位装置在地址寄存器设定一个从控制器接收到的串行数据中选定的地址值。指令-处理/串行-数据-发送装置将包含在输入串行数据中的一个地址值与地址寄存器中的值比较。当两值相等时，该数据被认为是对于此执行机构的一个指令，可以包括上述地址-置位处理的该指令被执行;并禁止输入串行数据的发送。当两值不相等时，则指令-处理/串行-数据-发送装置仅仅将输入串行数据再发出。因此，上述系统并不需要将分离的地址数据用直接布线进入连接到各执行机构之中，而使用仅需要少数线路的一个改进的串行线系统。
图1是用于驱动步进电机的一种先有技术装置。
图2是表示一种机电执行机构的方框图。
图3是说明定时控制电路3和驱动电路的一个实例的图。
图4A是表示部分切去的电动机组合件的一个透视图。
图4B是图4A中沿B-B线看去的横截面视图。
图5是表示一个包括多个电动机组合件和单个控制器的系统的方框图。
图6是本发明的一个实施例的执行机构访问系统中串行数据线互连的一个示意图。
图7是电动机控制系统的一方框图。
图8是执行机构内控制部分的一方框图。
图9是说明上述实施例运行的一流程图。
图10是由上述实施例的执行机构所接收的串行数据的格式的示意图。
图11是由上述实施例的执行机构所发送的串行数据的格式的示意图。
图12是本发明的另一个实施例中的串行数据线互连的一个示意图。
图13是说明图12的系统运行的一流程图。
图14是图12的实施例中发送的串行数据的格式的示意图。
图15是本发明的另一个实施例中控制部分的一方框图。
图16和图17是说明本发明的上述实施例运行的流程图。
图18是在本发明另一个实施例中使用的一种电动机设备的一方框图。
图19是说明本发明的上述实例运行的一流程图。
图2以方框图的形式来说明本发明的一个实施例。与图1中的部件具有相同和类似的功能的部件指定用相同标号。本实施例的机电执行机构是一步进电动机组合件11，它包括一步进电机1，和一驱动电路2，一定时控制电路3，一串行-并行(S/P)转换器12A，以及一并行-串行(P/S)转换器12B。这些电路是在一集成电路芯片中实现，且被安装在一金属衬底上形成电动机的一部分。
S/P转换器12A将串行数据形式的控制信号转换成并行数据，且保存它们。P/S转换器12B将并行数据形式的信号转换成串行数据，并保存它们。
控制器13具有与图1中控制器4相同的功能。此外，它将并行数据的控制信号转换成串行数据，且将该串行数据通过串行数据线14A提供给步进电机组合件的S/P转换器12A。
从控制器13提供给S/P转换器12A的串行数据形式的诸控制信号，在S/P转换器12A处被转换成并行数据。根据这并行数据，定时控制电路3产生诸驱动信号，并将它们发送到驱动电路2。按照诸驱动信号，驱动电路2产生诸驱动电流，且将它们提供给步进电机1各个相的绕组。从而使步进电机1被驱动。这些操作与参照图1所叙述那些操作是类似的。
在图3中示出定时控制电路3和驱动电路2的一个实例。定时控制电路3包括一微处理机31，一存储程序的只读存储器(ROM)33，以及一存储各种数据的随机存取存储器(RAM)34。它们通过母线32相互连接。驱动电路2包括一寄存器35a，它接收来自微处理机31的定时信号，而产生控制信号OVDV、φ1、φ2、φ3和φ4。这些控制信号通过集电极开路驱动器D0、D1至D4供应到晶体管TOa、T1至T4的各基极，各晶体管的发射极被接地。晶体管TOa的集电极被耦合到另一个晶体管TOb的基极，晶体管TOb的发射极连接到过电压驱动电源VP(例如38伏)。晶体管TOb的集电极被连接到定子绕组23A、23B的中心抽头。绕组23A、23B的诸末端连接到晶体管T1至T4的各集电极。绕组23A、23B的中心抽头也通过二极管40、电阻器39耦合至逻辑电平电源Vcc。
在各步的各循环的开始，集电极开路驱动器D0、晶体管TOa和TOb被控制信号OVDV导通，而过驱动电源VP通过晶体管TOb被连接至定子绕组。当晶体管TOb不导电时，低压电源Vcc向定子绕组23A、23B供给电流。此电流在周期性的和按序交替的信号φ1至φ4被停止时产生一个保持转矩。当用于旋转步进电机对某一数值例如对换行(或在打印机的情况下为回车)的指令从控制器供给时，信号φ1至φ4是在顺序上是交替的。过驱动电压VP是在各步的各循环的前面部分里被施加的。在各步的各循环的后面部分内是施加低电压Vcc。这些电压是使用于旋转步进电机1的。于是步进电机已被驱动了所命令的数值例如由预定的数值来馈送印刷媒体。
在旋转了所命令的数值以后，信号φ1至φ4的交替被停止，而在信号φ1至φ4的交替终止的时候信号φ1至φ4的状态被保持。就是说，信号φ1至φ4中的两个在交替停止的时候处在高电平的将被保持在高电平，而信号φ1至φ4中的另外两个在交替中止的时候处在低电平的则被保持在低电平。结果，由从电源Vcc流经电阻器39和二极管40的电流在步进电机1内产生一个保持转矩。保持转矩防止印刷媒体被外部的力移动。
当旋转完成了所命令的数值时，由定时控制电路3产生表示这种完成的并行数据，且被P/S转换器12B转换成串行数据，而传送到控制器13。指示电动机1中温度的并行数据和指示导线(或关联的连接器)断开的并行数据也是由定时控制电路3产生，并被P/S转换器转换成传递到控制器13的串行数据。
如从图2所见，在图1的装置中所需要的来自驱动电路2的诸输出线5被设置在电动机组合件11中，而不需在电动机组合件11的外壳外面伸展。必须设置在电动机组合件11外面的导线，只有是那些用以连接控制器13及S/P和P/S转换器12A和12B的导线。这些导线包括用以传送控制信号串行数据的一条导线14A和用以将串行数据从电动机组合件11传送到控制器13的一条导线14B。
图4A表示电动机组合件11结构的一个实例。图4B表示沿B-B线切成的横截面。如图所见，电动机组合件11包括一电动机组合件11的外框架21。它由诸如铁的磁性材料制成，且也用作安装法兰，以及一个步进电机1的盖。电动机包括在转轴28b的方向上分成的两部分21A、21B。两部分21A、21B的绕组23A、23B是绕在线圈架24A、24B中，线圈架被安装和固定在各自的金属板(例如铁板)25A、25B上。各绕组的诸末端被焊接，用作电气连接。
各金属板25A、25B是包围在线圈架24A或24B中绕组23A或23B的周围。金属板25A、25B的径向内部被形成齿26，齿26从金属板的相对末端部分延伸，且被间隙26G所分开。由相对端形成的齿26在绕组被激励时具有相反的磁极N和S。两部分的绕组彼此以90电角度偏置，因此电动机能以两相激励的方式运行。
转子22安装在由轴承28a所容纳的转轴28b上，该轴承28a依次装配在外框架21上。
转子22是由磁性材料，例如铁氧体、稀土金属材料制成的。转子22被磁化时，沿着其周界交替地呈现N和S极。
由绕组23A、23B激励产生的磁通经过金属板25，而齿26与磁极相互作用以产生吸引和排斥的力，从而得到转动和保持转矩。
电路图形(带有居中绝缘体)是在金属板25A的一内表面上构成，而集成电路芯片27是安装在金属板上。S/P转换器12A、P/S转换器12B、定时控制电路3和驱动电路2在集成电路芯片27内实现。
驱动电路2的输出端连接到金属板25A的电路图形上的绕组。驱动电流是通过这些连接馈送的。
用于驱动电流的诸导线，除了在它们通过金属板25A、25B的末端部分彼此相连接以外，都设置在金属板25A、25B的内侧。
图5表示多个电动机组合件11与单个控制器13并联连接的一个系统。串行数据线14是连接到所有的电动机组合件11-1至11-N。以与图2的装置同样的方法，来自控制器13的诸控制信号被用作驱动步进电机1。选择线15-1至15-N被用作传导诸选择信号，用这些选择信号将诸控制信号输入到电动机组合件11-1至11-N中选择到的那些个。
在以上的叙述中，驱动电路等在其中实施的集成电路芯片被安装在电动机组合件11中。在一个改进型中，包括一DC/DC转换器的一电源电路也能作为集成电路芯片的一部分来实施。用这一种装置，单个电源足以满足VL和VP。同样地，地线能被EL和EP共同。
在图5的系统中，选择线15-1至15-N被用作选择电动机组合件。另一方面，诸电动机组合件11和控制器13用一地址母线连接，通过它将地址信号从控制器13供应到诸电动机组合件11。在这情况下，诸电动机组合件11应包括一地址译码器和一开关电路。
在叙述的实施例中，电动机组合件包括一步进电机。电动机组合件能用另外可供选择地包括DC电动机例如扁平型DC无刷电动机。此外，该电动机还可以是任何其他型式。替代其中驱动电流是被提供到诸绕组的电动机，也可将用在驱动电压下工作的电动机结合到电动机组合件中。
在以上叙述的实施例中，以集成电路芯片形式的一控制和驱动电路包括一S/P转换器、一P/S转换器、一用于产生驱动电流或电压的驱动电路被设置在电动机组合件中。控制器和电动机的相互连接就简化了。
由于用于传送驱动电流或电压的诸导线能方便地用金属盖覆盖，而因此能防止磁屏蔽漏出干扰电磁波。
而且，电路系统安装在热容量大的金属板上，因此保证了有效的冷却和热发散。
可以采用具有与电动机本身组成整体的控制和驱动电路的执行机构，以形成一用以借助于来自控制器的指令访问或控制多个执行机构的系统。这种系统的诸实施例叙述如下图6是这种系统的第一实施例的线路接法的总示意图。诸电动机单元110用一串行数据线116串联连接，该串行数据线116将来自主控制器106的输出发送至电动机单元110-1中的接收机电路，将来自电动机单元110-1中发送器的输出发送至电动机单元110-2中接收机，以及以相似的方式将来自电动机单元110-(k-1)的输出发送至下一个电动机单元110-k，其中2≤k≤n。
图7是电动机单元110的一个实例的一方框图。它包括一电动机101、一用以发送诸信号以驱动电动机101的驱动器102和一用以发送诸信号以控制驱动器102的控制部分120。
图8是控制部分120的一方框图。如图所示，控制部分120有一接口控制器130，接口控制器130包括一用以接收来自串行数据线116的串行数据的接收机131、一用以处理如有待以后叙述的方式那样接收到的数据的处理机132，以及一当这些数据不准备由这执行机构作用时将数据发送到另一执行机构的发送器133。控制部分120也有一个电动机控制器104，如果该数据准备由这执行机构作用，该电动机控制器104将诸控制信号发送至与先有技术中一样的电动机驱动器。
此实施例运行如下。由接口控制器130执行的程序在图9的流程图中陈述。如图10中所示，由接收机131接收的串行数据140(步骤S101)包括一地址字段141和一数据字段142。地址字段中的地址数据(标以ADD)被抽出(步骤S102)，而由处理机132处理(步骤S103)。
执行的处理是一种递减，能被写作ADDM1＝ADD-1，得出的结果ADDM1与例如0的固定数据比较(步骤S104)。如果结果等于固定数据，程序转移至步骤107串行数据被认别为包含关于这电动机单元的一指令，以及数据字段142中的数据(标以DATA)被译码以开始驱动电动机的程序。
当在步骤S104中比较时，如果减少的值ADDM1不等于固定数据(例如0)，串行数据被识别为与另一电动机单元有关系，而将处理过的值设定在串行数据的地址字段中(步骤S105)。数据现由图11中的地址数据151(ADDM1)和数据152(标以DATA)。这些数据被用于输出，且被串行数据发送器133在串行线上发送(步骤S106)。
下一个电动机单元接收这样发送的数据，而重复上述相同的程序。
上述系统的主要优点在于，与先有技术的串行线系统不同，它并不需要将一地址用直接布线连接到电动机单元的电路，所以所有电动机单元中硬件可以是相同的。
在上述装置中的数据处理步骤是一递减处理，但同样可采用递增处理而达到相同的效果。
图12是执行机构控制系统的另一实施例的总示意图。如图所示，最后的电动机单元110-n的发送器被耦合到主控制器106中的接收机，使能双向通信。此实施例中控制部分的结构是与图8中的一样的。
双向通信的程序是在图13的流程图中说明，该图相当于图9中的步骤S107。串行数据中的数据字段包括一指令区，而诸指令之一可以是一READ指令。
在图13中执行如下的操作在开始执行指令(步骤201)以后，当一个来自主控制器106的一个请求以读出数据时，电动机单元将数据字段译码(步骤S202)以及判定指令是否是一个READ指令或电动机控制指令(步骤203);如果指令是一个READ指令，必需的读出数据(例如状态数据)被写入输出串行数据160的数据字段162中，和0被写入地址字段(步骤S204)中，然后这些串行数据被发送(步骤S205)。
以这种方法从电动机单元发送的读出数据中的地址字段，当通过其他诸中间电动机单元时被减少，而在主控制器的接收机处以值-m被接收(在通过m个电动机单元以后)。于是主控制器能判定信息来自哪个电动机单元。
虽然在上述实施例中地址字段上执行的处理是一个递减处理，可以用一个递增处理、一个右移位(除以2)处理或一个左移位(乘以2)处理来代替。而且固定数据不需为0，而可以是十六进位值FF…或任何其他的常定值。这种改进用不到改变上述实施例中所叙述的操作。
如上面所说明的，图6至图14的诸实施例并不需要不同的地址数据用直接布线连接到各执行机构，所以整个电路可在一个集成电路芯片中实施，从而简化了生产过程，降低了成本和增加了可靠性。上述实施例也可让许多执行机构设置在单一的串行数据线上，从而减少互相连接线的总数和在安装和成本方面得到很大的好处。而且，从最后的执行机构的输出是返回到主控制器，有许多设备的双向通信可以少数的母线线路容易地实现。
在本发明的另外一个实施例中，通常与图6和图7中所示的相同，控制部分220(对应于图7和图8中的控制部分120)是示于图15中。如图所见，它包括一接口控制器230和一电动机控制器204。接口控制器230包括一通过输入缓冲器231连接至串行线116的处理机232，一用以存储地址的地址寄存器233，一用以选择来自输入缓冲器231的数据或处理机232的输出的开关234，以及一用以将由开关234选择的数据输出至串行线216的输出缓冲器235。
此实施例操作如下。由图15和图6所示的实施例所执行的总的程序，可用图16中的流程图说明。
当图6中的系统被通电时，系统首先执行一通电复位程序(步骤S301)，其中各执行机构被预置。下一步用从主控制器106发送的信号在电动机单元110-1至110-n中将诸地址置位(步骤S302)。此步骤如在后面所述的，对于电动机单元110-1至110-n是顺序地执行。当所有的地址已被置位(步骤S303)后，开始执行指令(步骤S304)。
换言之，主控制器106用在步骤S302中置位的个别地址访问从110-1至110-n的一个特定的电动机单元。
在图15的控制部分中的接口控制器内执行的程序是在图17的流程图中陈述。当系统被通电时，诸控制部分被内部信号复位，或被输入的Reset信号清除(步骤S401)。此步骤将诸控制器部分内的所有寄存器和计数器预置，以及将所有它们的地址寄存器清除到相同的初始值(例如0)。
下一步进入地址置位方式。主控制器106首先发送一个地址置位指令至电动机单元系列中与其耦合的第一电动机单元110-1。如图10中所示，由电动机单元110-1接收的串行数据140，包括一个地址字段141，在地址字段141的地址区143中置位一个值(0)，地址寄存器最初被清除到该值;以及一个数据字段142，在它的指令区144中被置位该地址置位指令，和在它的数据区145中被置位待指定至电动机单元110-1的地址(例如地址“1”)。
当电动机单元110-1接收上述串行数据时(步骤S402)时，它首先检查串行数据的地址字段141中的值是否等于地址寄存器中的值(0)(步骤S403)。如果二个值相等(如它们是在这种情形下，因为它们两者均为0)，串行数据被识别为至第一电动机单元110-1的指令。数据字段142的指令区的值，指示出指令是一个地址置位指令，所以数据区145中的值(1)被闭锁在地址寄存器233中(步骤S404)，于是完成了电动机单元110-1的地址的置位。
因为串行数据被判定为到第一电动机单元的指令，程序停止在这里，而没有将串行数据从电动机单元110-1的发送器发送至电动机单元110-2。
当完成地址置位时，处理机232转换串行数据母线线路(步骤S405)。在通电复位(步骤S401)后即刻，将开关234闭合在A处，而从串行线116输入的串行数据通过输入缓冲器231被输入到处理机232的串行输入端(SI)，从而处理机可以译码和执行指令。当处理机232接收一个指向它的READ指令时，它用一个控制信号使开关234闭合在A处。结果从SOUT端输出的READ数据被馈送到串行线116上。然而，在完成地址置位时，用来自处理机232的控制信号236将开关234闭合在B处(步骤S405)。于是串行数据从输入缓冲器231通过B端和输出缓冲器235发送至第二电动机单元110-2的路线。
然后，主控制器106发送一个地址置位指令到在系列中以第二位置耦合的电动机单元110-2。此指令的地址字段141包含与当第一电动机单元110-1的地址被置位时的相同的值(0)。数据字段142的数据区145包含一个对第二电动机单元110-2特定的地址(例如地址“2”)。从主控制器发送的串行数据由第一电动机单元110-1输入，不改变地经过B端旁通至第一电动机单元110-1的输出缓冲器235，而由第二电动机单元110-2输入(步骤S402)。由第一电动机单元110-1输入的串行数据也通过串行输入端(SI)馈送至处理机232而与存储在地址寄存器233中的地址比较(步骤S403)，但因地址寄存器233中的值不再为0，而为电动机单元110-1的特定地址(“1”)，它不等于串行数据的地址字段141中的值。因此，串行数据被认为不构成对于第一电动机单元110-1的一指令，且如同被接收时不经过任何处理而简单地被输出(步骤S406)。
第二电动机单元110-2的地址寄存器233中的值仍旧是初始值(0)，它符合串行数据140的地址字段141中的值(0)，所以串行数据140被识别为构成对于第二电动机单元110-2的一指令(步骤403)。第二电动机单元110-2的特定地址于是被置位，而其串行数据母线以第一电动机单元110-1所执行的同样方法被转换(步骤S404和S405)。
重复同样的程序，直至第n电动机单元110-n的特定地址在其地址寄存器中已被置位和其旁路电路已被闭合为止(步骤S407)。
当所有地址已以这方法被置位后，主控制器106开始发送由不同的电动机单元执行的诸指令。如图10所示这些指令以相同的串行数据格式作为地址置位指令被发送。
当串行数据被电动机单元接收时(步骤S409)，首先将地址字段141中的值与地址寄存器233的存储信息比较(步骤S408)。如果串行数据因而被识别为对这电动机单元的一指令，数据字段142中的指令区144被译码，而指令被执行以驱动该电动机(步骤S409)。如果带有地址字段中数值“2”的串行数据被发送时，例如，具有存储在其地址寄存器233中的匹配值“2”的电动机单元110-2识别该匹配，并执行该指令。
如果步骤S408中串行数据中地址字段141的值并不符合地址寄存器233的存储信息时，则串行数据被识别为属于另一个电动机单元，并在不采取进一步的行动下被留下。
如上所说明的，此实施例中的访问系统，其特点在于它不需要一个地址用直接布线连接到电动机单元的电路中。所以，所有电动机单元的硬件可以是相同的。
示于图12至14中并参照图12至14所叙述的关于图6至图11的实施例的改型，可作出图16-18的上述实施例。在这改型中，图13中所示的双向通信程序对应于图17中的步骤S407至步骤A409。在诸指令中间，能放在串行数据的指令区144中的是一READ指令。代替如同前面关于步骤S204所叙述的被写成“0”，主控制器106在预置时置位的地址被写入到地址字段151中，然后将合成的串行数据发送(步骤S205)。在这程序期间由一控制信号236将开关234闭合在A处，在数据已发送后将开关234转换回B处。
如果接收到串行数据中的指令在步骤S203中被判定为一电动机控制指令，该指令被执行(步骤S206)，而程序结束。在这方法中，从某一电动机单元读出的数据通过其它中间的电动机单元，直至它们能被主控制器106接收为止。
在上述改型中地址寄存器233清除到的值为0，但可以用1或任何其他常数的值来代替。
上述参照图15至18的实施例并不限制本发明的范围，本发明可以各种方法改进。而且，不总是需要在所有的执行机构中进行地址置位;地址可以只置位在那些实际上将被访问的设备中。
转换电路可用适当的逻辑电路以各种方法构成。
在上述诸实施例中，为了访问串联连接至一控制器的多个执行机构，诸执行机构中的控制部分各设置一可外部设定的地址寄存器。在最初复位时，所有这些地址寄存器被清除到相同的值，然后将对各执行机构特定的地址置位在输入串行数据的地址寄存器装置中。因此上述诸实施例的系统中并不需要直接布线至各执行机构的不同地址数据，所以所有接口控制器电路是相同的，而能在一集成电路芯片中实施，从而可简化生产过程、降低成本和提高可靠性。上述诸实施例的系统，也能如同地址的长度允许的一样使许多执行机构容纳在单个串行线上，因此可减少相互连接线的总数，而在安装和成本方面得到很大的好处。因为任何希望的地址都可置位，主控制器能容易地与所有的执行机构双向地通信。此外，各执行机构中串行数据通路中的旁路，能使数据以极短的时延进行传播，从而能高速操作。
本发明的另一个实施例将参照图18在下面说明。
图18是一执行机构的方框图，该执行机构是以电动机设备的形式在控制系统的这实施例中，即本发明的电动机控制系统中受到控制，本发明的电动机控制系统的全部系统结构一般是与图6中所示的结构相同。
电动机设备110具有如下的结构。各电动机设备包括一电动机301、一驱动器302和一控制部分303。控制部分303包括一电动机控制器304和一接口控制器305。这些电动机设备110的特征在于，接口控制器305包括一地址寄存器306、预置装置307、地址置位装置308和指令-处理/串行-数据-数送装置309。地址寄存器306存储一个从主控制器106用以指定特定电动机设备110发送的特定地址。换言之，一个“软”地址可从外面置位在这地址寄存器306中。预置装置307是硬件或软件装置，用以当执行通电复位或接收Reset信号时将地址寄存器306复位或清除到例如0的一个固定值。地址置位装置308接收包含待指定予电动机设备110的地址值的串行数据，而在初始调定程序中将此地址值置位在地址寄存器306中。指令-处理/串行-数据-发送装置309检查在初始调定后接收到的串行数据的地址字段中的值，如果这值等于此电动机设备的地址寄存器中的地址值，将接收的串行数据认为是一个属于此电动机设备的指令而执行此指令，或如果两值不相等，将数据认为是另一个电动机设备的指令，而将接收到的串行数据不加改变地发送到下一个电动机设备。
串行数据格式是与示于图10中和参照图10中所叙述的格式相同。
现将参照图19来说明此实施例的操作。
图19是一表示本实施例操作次序的流程图。步骤S501是一个在通电时执行的复位程序或当接收Reset信号时执行的清除程序。这程序将电动机设备110中全部的寄存器和计数器复位到它们的初始值。在第二步S502中，诸电动机设备中的所有地址寄存器306被清除到与0相同的值。上述步骤由预置装置307执行。
步骤S503至S510构成地址置位方式，其中主控制器106(见图6)首先将一地址置位指令发送至耦合的电动机设备系列中第一电动机设备110-1。在图10中所示的串行数据的地址字段141的地址区143中主控制器106置位值0，对该值地址寄存器在复位/清除步骤被清除，在数据字段142的指令区144中插入一地址置位指令，而在数据区145插入一待指定予电动机设备110-1的地址值。电动机设备110-1首先接收串行数据(步骤S503)，而检查地址字段141中的值是否等于地址寄存器306中为0的值。如果是的，串行数据被识别为属于此电动机设备110-1，而程序转移至步骤S505。在此步骤中数据字段142的指令区144的存储信息被认别为一地址置位指令，而数据区145中的值被闭锁在地址寄存器306中，以完成电动机设备110-1的地址置位。因为串行数据被识别为属于这电动机设备的一指令，此时停止处理，而数据不置位到下一个电动机设备。上述诸程序由地址置位装置308和指令-处理/串行-数据-发送装置309执行。
然后主控制器106发送一地址置位指令到耦合的电动机设备系列中的第二电动机设备110-2。发送的串行数据的地址字段141和数据字段142的指令区144包含有与当电动机设备110-1被置位(即，地址值为0)时相同的值，而数据字段142的数据区145包含待指定予第二电动动机设备110-2的地址值。从主控制器106发送的串行数据首先被输入到第一电动机设备110-1，该电动机设备110-1对照在其地址寄存器306中的值检查该数据。因为在此地址寄存器306中的值不再为0，它并不等于地址字段141中的值，所以这些串行数据被识别为不属于电动机设备110-1。因此电动机设备110-1的指令-处理/串行-数据-发送装置309在不改变这些串行数据将之向前发送以便由下一个电动机设备110-2接收。电动机设备110-2的地址寄存器306中的值仍旧是为0的初始值，符合串行数据的地址字段141中的值，所以串行数据被识别为属于电动机设备110-2的一指令。电动机设备110-2的地址于是以与电动机设备110-1的地址相同的方法置位。
重复这程序直至电动机设备110-n的地址已被置位，于是完成所有地址的置位。
当诸地址的置位已经完成时，主控制器106发送有待由电动机设备执行的各种指令。如图10中所示，这些指令以串行数据的方式发送，串行数据具有相同的格式，作为地址置位指令，而以在步骤S507至S510中的程序由指令-处理/串行-数据-发送装置309执行。步骤S507是用于接收串行数据，该串行数据包括一地址字段141和一数据字段142，数据字段142具有一指令区144和一数据区145。在步骤S508中地址字段141的值是与这电动机设备的地址寄存器306的值比较。如果两值相等，程序从步骤S508前进到步骤S509，其中串行数据被识别为属于这电动机设备，数据字段142的指令区144被译码，而电动机110-1被驱动。如果地址字段141中的值并不等于地址寄存器306中的值，这些串行数据被识别为属于另一个电动机设备，而程序转移至步骤S510，其中指令-处理/串行-数据-发送装置309将串行数据不改变向前发送。这样向前发送的数据由下一个电动机设备接收，而重复同样的程序。
上述实施例的系统其特征在于，串行-数据-发送装置和地址-寄存器-置位装置是设置在电动机设备中，因此消除了对一电路的需要，在该电路中一个直接布线的地址被置位。所以它具有在所有电动机设备中的硬件完全相同的优点。另一个优点是串行数据的输出始终为1，所以增加连接线到另外的设备并不产生增加扇出的问题。
示于图12至14中并参照图12至14所叙述的关于图6至图11的实施例的改型，可作出图18和19的上述实施例。在此改型中，电动机设备110-n的发送端被连接至主控制器106中的数据接收端使能以两个方向通信。图19是第二实施例操作的主要部分的流程图。
比如说，如果READ指令是从主控制器106发送，在步骤S507至S510中执行这指令的过程中，执行图13中所示的程序。在步骤S201中，首先，输入串行数据的数据字段的指令区被译码。步骤S202判定该指令是一READ指令或一电动机控制指令(WRITE指令)。如果指令是一READ指令，在步骤S204中必需的读出数据被写入输出串行数据的数据字段142中，而主控制器106的在预置时置位的地址被写入地址字段141中。在步骤S205中合成输出串行数据被发送。如果指令是一电动机控制指令，它在步骤S203中被执行，于是程序结束。从电动机设备发送的读出数据通过其他中间电动机设备，并被主控制器106接收。
上述实施例中地址寄存器被清除到的值为0，但可以用为1的值或其他常数来代替。
在控制串联连接到一控制器的多个设备的上述实施例的系统中，各设备的控制部分包括一地址寄存器、预置装置、地址置位装置和指令-处理/串行-数据-发送装置，所以不需要使分离的地址数据用直接布线连接到各个设备。所以相同的电路可使用于所有的设备的控制部分。特别是，具有相同的驱动器的设备的所有电路能在一集成电路芯片中实施。这简化了设备的制造过程，降低了它们的成本，且增加了它们的可靠性。本发明也能使如地址长度所允许的有那么多执行机构容纳在单个串行线上，从而减少相互连接线的总数和在安装和成本方面得到主要好处。而且，因为任何希望地址能被置位，主控制器能容易地与所有执行机构双向地通信。
权利要求
1.一种机电执行机构其特征在于，包括一电动机，一与电动机整体安装的控制和驱动电路，所述控制和驱动电路包括一串行-并行转换器用以将串行数据形式的控制信号转换成并行数据，以及对并行数据形式的控制信号起反应用以对电动机产生一驱动电流或电压的装置。
2.如权利要求
1所述的执行机构，其特征在于，电动机具有一围绕定子绕组以形成电动机定子的一部分的金属板，而所述控制驱动电路是安装在金属板上。
3.如权利要求
2所述的执行机构，其特征在于，控制和驱动电路是以集成电路芯片的形式固定于金属板。
4.如权利要求
2所述的执行机构，其特征在于，金属板至少形成由定子绕组产生的磁通的一路径的部分。
5.如权利要求
2所述的执行机构，其特征在于，控制和驱动电路是设置在金属板的内侧。
6.一种用来自主控制器的指令以访问多个各包括一与电动机连成整体的控制和驱动电路的机电执行机构的系统，其特征在于，其中主控制器是用串行线耦合至诸执行机构，各执行机构中控制和驱动电路包括一接口控制器和一执行机构控制器，而接口控制器依次包括一从串行线接收串行数据线的接收机，一处理机，用以执行包含在接收到的串行数据中的地址数据上的固定操作，而如果结果等于一固定值，执行包含在数据中的执行机构指令，或如果结果并不等于该固定数据，调换操作的结果作为串行数据中的地址，该串行数据指定用于不同的执行机构，以及一发送器，用以发送带有替换地址的串行数据至另一个执行机构，执行机构控制器被用于接收来自接口控制器中处理机的信号，并将驱动信号发送至执行机构。
7.根据权利要求
6的一种执行机构访问系统，其特征在于，设置一串行线用以将来自最后的执行机构中的控制部分的串行数据发送至主控制器。
8.根据权利要求
6的一种执行机构访问系统，其特征在于，由处理机执行的操作是一个递减或递增操作。
9.根据权利要求
6的一种执行机构访问系统，其特征在于，由处理机执行的操作是一个左移位(乘以2)操作或一个右移位(除以2)操作。
10.一种用来自主控制器的指令以访问多个各包括一与电动机连成整体的控制部分的机电执行机构的系统，其特征在于，其中主控制器是用串行线耦合至诸执行机构，各执行机构中的控制部分包括一地址寄存器，地址能置位在其中;一接口控制器，用以当执行机构被预置时在地址寄存器中置位一固定值，然后用以接收串行数据，而当串行数据中的地址值不符合地址寄存器中的固定值时，输出未经改变的串行数据，或如果地址值符合固定值时，用以将包含在接收到串行数据中的一个执行机构特定地址值存储在地址寄存器中，并闭合输出不改变的串行数据的旁路电路，而此后，当另外接收到的串行数据中的地址值等于较早存储在地址寄存器中的地址值时，用以根据串行数据执行一程序;以及一执行机构控制器，用以接收来自接口控制器的信号和发送驱动信号至执行机构。
11.根据权利要求
10的一种用以访问多个机电执行机构的系统，其特征在于，设置一串行线用以将来自最后的执行机构中控制部分的串行数据发送至主控制器。
12.根据权利要求
11的一种用以访问多个执行机构的系统，其特征在于，其中固定值为0。
13.根据权利要求
11的一种用以访问多个执行机构的系统，其特征在于，其中当执行机构电源最初接通时，固定值由硬件或软件置位。
14.一种执行机构控制系统，其特征在于，包括多个机电执行机构，各具有一电动机、一用以驱动电动机的驱动器和一用以发送控制信号至驱动器的控制部分;一控制器，用以控制多个执行机构的操作;以及一串行数据线，用以将多个执行机构串联耦合至控制器，其中各执行机构的控制部分包括一地址寄存器，可由控制器置位，用以存储属于设备的一地址值;预置装置用以在通电复位或初始复位时预置地址寄存器;地址置位装置用以在初始调定时根据从控制器接收到的串行数据将属于执行机构的地址值置位在地址寄存器中;指令-处理/串行-数据-发送装置用以将初始调定后接收到的串行数据中的地址值与地址寄存器中的地址值比较，而如果两值相等，执行一个由控制器指令的程序和禁止将输入串行数据发送至下一个设备，或如果两值不相等，将未经改变的输入串行数据发送至下一个设备。
专利摘要
一种机电执行机构包括一电动机、一与电动机整体安装的控制和驱动电路，所述控制和驱动电路包括一串行—并行转换器用以将串行数据方式的控制信号转换成并行数据，和对并行数据方式的控制信号起反应以对电动机产生驱动电流和电压的装置。一种用来自主控制器的指令以访问或控制多个具有与电动机本身连在一起成一整体的控制和驱动电路的执行机构的系统也被公开。
文档编号H02K37/00GK87106108SQ87106108
公开日1988年4月27日 申请日期1987年8月5日
发明者田沼二郎, 阿久津直司 申请人:冲电气工业株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan