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　　一种控制步进电机的装置与方法,其特点是,装置包含：驱动装置与多数组电性装置；方法包含下列步碟：首先依据电动机械的动态特性建立一电性装置对应表，此表是用于将多数组电性装置对应到该电动机械的不同转速，然后选择多数组电性装置中的一组电性装置，以将该组电性装置电性耩合至驱动装置，该组电性装置是依据电性装置对应表,使得电源透过该组电性装置而电性耦合至该驱动装置，以提供该电动机械运转所需的电力。一种装置，它是用于控制一电动机械的转速，其特征在于，该装置至少包含：
　　驱动装置，它是用于连接到该电动机械，以提供该电动机械运转所需的电力；多数组电性装置，它是用于提供该电动机械元件电阻的改变并去除该电动机械中的反应电动势，该驱动装置依据该电动机械的动态特性而连接到该多数组电性装置中的一组电性装置。
　　：如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的电动机械为一步进电机. 如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的多数组电性装置为下列其中之一：电荷释放元件、电阻以及其组合.
　　如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述的电荷释放元件为齐纳二极管.
　　夂一种控制电动机械转速的方法，其特征在于该方法至少包含下列步骤：依据该电动机械的动态特性建立一电性装置对应表，该电性装置对应表是用于将多数组电性装置对应到该电动机械的不同转速，该多数组电性装置是用于提供该电动机械元件电阻的改变并去除该电动机械中的反应电动势；以及选择该多数组电性装置中的一组电性装置，将该组电性装置电性耦合至一驱动装置，该组电性装置是依据该电性装置对应表，使得该电源透过该组电性装置而电性合至该驱动装置，以提供该电动机械运转所需的电力。
　　、如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的电动机械为一步进电机. 如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的多数组电性装置为下列其中之一：电荷释放元件、电阻以及其组合。
　　^如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述的电荷释放元件为齐纳二极管。
　　^ 一种控制步电机的转速的方法，其特征在于该方法至少包含下列步骤：依据该电动机械的动态特性建立一电性装置对应表，该电性装置对应表是用于将多数组电性装置对应到该步进电机的不同转速，该多数组电性装置是用于提供该步进电机元件电阻的改变并去除该步进电机中的反应电动势；以及选择该多数组电性装置中的一组电性装置，将该组电性装置电性耦合至一驱动装置，该组电性装置是依据该电性装置对应表，使得资电源透过该组电性装置而电性耦合至该驱动装置，以提供该步进电机运转所需电力。
　　10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：所述的多数组电性装置为下列其中之一：电荷释放元件、电阻以及其组合。
　　11丨如权利要求⑶所述的方法，其特征在于：所述的电荷释放元件为齐纳二极管口沈灯(！丨0(10。
　　控制步进电机的装置与方法本发明涉及一种控制步进电机⑷印皿0㈣)的装置与方法，尤其涉及一种能达到全域速度应用的控制步进电机的装置与方法。
　　在一般的图像扫描器的应用中，常常希望将扫描头的移动速度与所欲获得的图像的解析度之间做一相关连。因为在固定传输速率下，当解析度越高时，扫描头所需要用来传输图像数据所需的时间就越多。举例而言，如果图像扫描器的规格是300 X 600^01 即每英寸300 X 600点，而使用者选择所欲获得的图像的解析度为及600^1，而扫描头在解析度为75卸1时的扫描速度，****是600^1时的八倍，可达****的效率，但往往不能如此。步进电机的速度 (印^!)与力矩(㈣叫幻之间的关系大约如图1八所示。很明显的是当电机的速度增加时，电机的力矩就降低，所以可用的速度范围有一定的限制。
　　通过将电阻『连接到电路中，以避免步进电机的振动和噪音，但是定子绕组0&―化幻上的电流也已经减小，而且其上面的压降也减小.因为上述的原因，步进电机所产生的力矩与电流成正比减小，往往图像扫描器所扫描到的图像的振动0力口)与中断也因此而产生，所以图像扫描器的设计者就必须在步进电机的时间常数和力矩之间做一个取舍。除非所使用的步进电机具有极为良好的力矩一速度特性曲线，否则是无法进行全域应用速度的扫描的。对于具有一般力矩一速度特性曲线的普通电机而言，在一个固定的参数下，以现有技术而言，要进行全域应用速度的扫描是不可能的。
　　参考图1 9，为了要减少反应电动势对步进电机动态特性的影响，所以必须把原来电路上的二极管0反向串接上一个齐纳二极管口如沉010(^)20，则可减少反应电动势的影响，因为齐纳二极管可提供较高速的电流开止时间〔1X1111-0汗 ^^(^耶^!^)。因为上述的原因，所以在一组固定的参数(电阻与齐纳二极管2。下，电机可以使用的应用速度就被限制在一个特定范围之内。如果图像扫描器的设计者，想要在一组固定的参数之下，用一个可以在很广泛的应用速度范围内都可以使用的步进电机，就必须要使用一个力矩一速度特性曲线动态特性非常优良的步进电机，而其缺点则是使用此种步进电机的成本将会大幅度提髙，而且制造厂商不多。
　　本发明的发明的目的是提供一种控制步进电机的装置与方法，它能使单一步进电机可以在全域应用速度中正常运转，并均得以获致高品质的动态特性。本发明的目的是这样实现的：
　　一种装置，它是用于控制一电动机械的转速，其特点是该装置至少包含：驱动装置，它是用于连接到该电动机械，以提供该电动机械运转所需的电力；多数组电性装置，它是用于提供该电动机械元件电阻的改变并去除该电动机械中的反应电动势，该驱动装置依据该电动机械的动态特性而连接到该多数组电性装置中的一组电性装置。
　　一种控制电动机械转速的方法，其特点是该方法至少包含下列步骤：依据该电动机械的动态特性建立一电性装置对应表，该电性装置对应表是用于将多数组电性装置对应到该电动机械的不同转速，该多数组电性装置是用于提供该电动机械元件电阻的改变并去除该电动机械中的反应电动势；以及选择该多数组电性装置中的一组电性装置，将该组电性装置电性耦合至一驱动装置，该组电性装置是依据该电性装置对应表，使得该电源透过该组电性装置而电性合至该驱动装置，以提供该电动机械运转所需的电力。
　　在上述的装置与方法中，其中，所述的电动机械为一步进电机。在上述的装置与方法中，其中，所述的多数组电性装置为下列其中之一：电荷释放元件、电阻以及其组合，在上述的装置与方法中，其中，所述的电荷释放元件为齐纳二极管。一种控制步电机的转速的方法，其特点是该方法至少包含下列步骤：依据该电动机械的动态特性建立一电性装置对应表，该电性装置对应表是用于将多数组电性装置对应到该步进电机的不同转速，该多数组电性装置是用于提供该步进电机元件电阻的改变并去除该步进电机中的反应电动势；以及选择该多数组电性装置中的一组电性装置，将该组电性装置电性耦合至一驱动装置，该组电性装置是依据该电性装置对应表，使得该电源透过该组电性装置而电性耦合至该驱动装置，以提供该步进电机运转所需电力。
　　本发明由于提供了一种具有多组参数的方法与装置以供自动切换，设计者可以依据所需要的速度选择所需要的参数化！)，幻，使得原来只能在狭窄速度范围运作的步进电机，得以在全速度领域正常运作；同时，设计者通过使用这些多数组参数，可将原并非优良的普通步进电机的速度一力矩特性曲线得到改变与改善，进而使步进电机可以在全域应用速度中做****的运转，使图像扫描器所获得的图像没有跳动与振动，同时也不会有噪音出现。
　　通过以下对本发明控制步进电机的装置与方法的若干实施例结合其附图的描述，可以更进一步理解本发明的目的、结构特征和优点.其中，附图为：图1八是步进电机的速度一力矩特性曲线。图18是说明步进电机的基本结构。
　　图是说明现有技术的图像扫描器所使用的步进电机的简单方块图。图是说明现有技术的图像扫描器所使用的步进电机单极驱动的电原理图9图旧是实施于步进电机的驱动装置上的电压波形图. 图1？是步进电机的定子绕组上未考虑反应电动势时的电流波形图。图10是步进电机的定子绕组上考虑了反应电动势后的电流波形图。图是施加反应电动势补偿方法的步进电机驱动电原理图。图2是依据本发明提出的控制步进电机的装置与方法的一实施例中的步进电机的电原理图。
　　图3是依据本发明提出的控制步进电机的装置与方法的另一实施例中的步进电机的电原理图。
　　图4是依据本发明提出的控制步进电机的装置与方法中的图像扫描器的步进电机的一般电原理图。
　　众所周知，因为可以在广泛速度领域操作的步进电机的价格非常昂贵，而图像扫描器的设计者常常会需要将步进电机操作于广泛速度领域，本发明即提供了一种具有多组参数的方法与装置，使得设计者可以依据所需要的速度选择所需要的参数化0，！^).设计者依据所需要的多数组速度选择参数，并且以一个速度参数对应表将图像扫描器的使用者界面与步进电机的电路做一连结。使得使用者透过使用者操作界面操作图像扫描器时，当选择了一个图像解析度并启动扫描器之后，图像扫描器的扫描头就会依照设计者所设计，对应于所选定的解析度的扫描速度进行扫描。而对应于此扫描速度，速度参数对应表会有一组相对应的参数 ?，从 ’
　　而在使用者选定了一个解析度之后，连接到扫描器的电脑就会透过速度参数对应表使得需要用到的那组参数的二极管与电阻连接到步进电机。使得步进电机运作时，是以最适合于其选定速度的齐纳二极管与电阻连接到步进电机驱动电路.因为在不同参数下，可以使用的速度范围都不相同，所以本发明采取多组参数组合以后，就可以在各个速度范围规划其适用的速度参数，设计者可以设计一速度参数对应表，使得步进电机依据速度参数对应表中的对应关系，而连接到某一速度所对应的齐纳二极管与电阻。故本发明的装置与方法可以使用一个普通动态特性(力矩―速度特性曲线〗的步进电机，使其可以在不同的速度范围下得到 ****的动态特性。
　　尽管本发明所使用的步进电机的速度一力矩特性曲线是较为普通的步进电机，其特性曲线并不是非常优良，但是由于本发明使用多数组参数，使设计者得以改变此曲线，进而使步进电机可以在全域应用速度中做****的运转，使图像扫描器所获得的图像没有跳动与振动，同时也不会有噪音出现。
　　本发明所提供的多数组参数可以让图像扫描器设计者据以设计一个程序，使得需要使用到步进电机不同范围的应用速度时，自动对应到一组设计者所决定的参数〔20，幻，此时步进电机就会被连接到一组齐纳二极管和电阻，而此时的图像扫描器的扫描头移动的速度就会以设计者所设定的速度移动。
　　因为就使用者的观点而言，在以使用者界面设计解析度之后进行图像扫描时，设计的解析度越低，扫描的速度应该要越快，所以设计者要设计一个扫描速度与解析度有关连的扫描器，以满足使用者的要求。本发明提供多数组参数，也就是多数组的齐纳二极管和电阻。而设计者设计一程序控制步进电机，以将步进电机的驱动电路连接到此程序所设定的多数组齐纳二极管和电阻中的其中之一组。而此组齐纳二极管和电阻就是使用者选定解析度之后，设计者设计的程序中就已经依据此解析度而指定的那组对应的参数^0，所以当要驱动此图像扫描器之前，步进电机就被连接到此组齐纳二极管和电阻，而图像扫描器的扫描头则会以设计者所设计的速度进行扫描。
　　因为齐纳二极管是以储存在其内部的电荷，去除步进电机定子绕组中的电荷，以去除反应电动势，其原理为一种电荷释放装置。也可以只是以电荷释放装置取代本发明中的齐纳二极管。而有很多种方式可以作为多数组的参数的修改，就如图2与图3所示，即使只对一个参数做切换而不对另一个参数做切换，例如，只对齐纳二极管或电阻&做单一参数切换，这种修饰仍然不脱本发明的精神和范围之内。
　　如图2所示，转换器21是用来根据设计者所设计的程序，连接第一电阻或第二阻到步进电机25。当需要使用到不同范围的应用速度时，设计者所设计的程序会控制转接器21连接到所指定的电阻。如图3所示，转接器30是用来根据设计者所设计的程序，连接第一齐纳二极管2⑴或第二齐纳二极管202到步进电机25。当需要使用到不同范围的应用速度时，设计者所设计的程序会控制转接器30连接到所指定的二极管。在图3中的转接器30和转接器21是由设计者所设计的程序控制其动作的，本发明即是以此一起动作的转接器使得步进电机转接到一组程序所对应到的一组二极管和电阻。
　　第一齐纳二极管201以及第二齐纳二极管202是用其储存于内部的电荷，来去除定子线圈中的电荷所引起的反应电动势，所以任何一种可变速的步进电机，如果其结构只是以一种释放其内部的电子以消除定子绕组中的反应电动势的元件来取代本发明中的齐纳二极管，都不脱离本发明的精神与范围。
　　本发明中的转接器与转接器?有很多种实现的方法，例如继电器、晶体管或是多路转换器，由于前述的装置只是用来在多数个参数之间做切换，所以任何一种可变速的步进电机，如果其结构只是以一种可以在多数个元件之间做切换的元件取代本发明中的转接器。
　　在图像扫描器中所使用的本发明所提供装置的一般性功能方块图如图4所示，其中有八组参数，分别是口⑴，化)、尺丄(知，……(^，?)，都是由多路转换器40所控制，而其选择的功能则是由选择端43、44以及45上的二位讯号所控制，驱动器49则是提供步进电机50运转所需要的能源。尽管本发明所使用的是一种特性曲线很普通的步进电机，但是由于本发明提供了多组参数以供自动切换，使得原来只能在狭窄速度范围运作的步进电机，得以在全速度领域正常运作。

能达到全域速度的步进电机控制系统.PDF

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