Способ управления однофазным шаговым двигателем и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК H02P8/02 H02P8/16 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано Дляуправления шаговыми двигателями, в частности однофазными шаговыми двигателями в приборах времени.

Известны способ и устройство для управления однофазным шаговым двигателем, обеспечивающие уменьшение потребления двигателя в режиме отработки единичных шагов. Управление шаговым двигателем в данном способе осуществляется по схеме с обратной связью без специальных датчиков обратной связи. Необходимая информация о моменте отключения обмотки получается на основе анализа тока в ней. Сигнсш обратной связи формируется с помощью аналогового компаратора. Питание однофазного шагового двигателя осуществляется от генератора разнополярних импульсов, причем момент окончания импульса определяется сигна лом ангшогового компаратора, который вырабатывается при совпадении текущего значения тока со значением тока в хронирующем элементе 1.

Недостатком известных способа и устройства для управления однофазным Iшаговым двигателем является то, что

компаратор, вырабатывающий сигнал на отключение питания двигателя, строится на основе аналоговоП схемотехники, в то время как генератор разнополярных импульсов питания строится на основе цифровой схемотехники. Их совместное выполнение неоправдано сложно, требует повышенных напряжений питания, увеличивает рас10ход энергии, вследствие чего известное устройство для управления однофазным шаговым двигателем нецелесообразно применять в миниатюрных приборах времени с автономным пита15нием, в частности в наручных часах. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ управления однофазным шаговым двигателем, например электрон20ных часов, путем подачи на обмотку управления импульсов тока разной

полярности. Устройство для осуществления этого способа содержит генератор тактовых импульсов, делитель

25 частоты, два ключа, коммутирующих обмотку двигателя, детектор нагрузки на валу двигателя и блок формирования и изменения длительности импульсов со счетчиком задания вре30менного интервала 2J.

Недостатком известного способа управления, при котором каждому положительному и отрицательному импульсу питания соответствует шаговое перемещение cL ЗЬО/2р (где р - число пар полюсов ротора), является невозможность увеличения цены шага бверх 180° (при р 1), что снижает КПД привода.

Целью изобретения является повышение КПД привода.

Указанная цель достигается тем, ато в известном способе управления /1утем подачи на обмотку управления импульсов тока разной полярности при снижении нагрузки изменяют режим коммутации и подают на обмотку двигателя импульсы тока одной полярности, длительность которых превышает длительность импульсов тока разной полярности.

Для реализации указанного способа управления в устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, делитель частоты, два ключа, коммутируЕОЩих обмотку управления однофазного шагового двигателя, детектор нагрузки на валу двигателя, блок форютрования и изменения длительности импульсов со счетчиком временного интервала, введен элемент И, один вход которого подключен к выходу блока формирования и изменения длительности импульсов., второй - к выходу счетчика задания временного интервала,а выход - ко входу одного из ключей, коммутирующих обмотку.

Предлагаемый способ управления и устройство для его реализации позволяют .экономить энергию источника питания в условиях переменной нагрузки. Одновременно обеспечивается увеличение цени шага до ci. 3foO/p, т.е. до 360°. Это в свою очередь позволяет оптимизировать по массогабаритнымпоказателям и КПД ряд элект роприводов с однофазными шаговыми двигателями, например для электронных часов.

На фиг.1 приведены угловые ГЛ(в) и временные U(t) диаграммы, иллюстрирующие работу шагового двигателя; на фиг,2 - функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Сущность способа заключается в следующем.

,В случае малой нагрузки двигателя (фиг.1а ) управление осуществляется относительно широкими однополярными импульсами тока {напряжения и), длительность t. При этом ротору сообщается энергия -1 достаточная для отработки углового перемещения в, равного угловому периоду d %0°/f электромагнитного синхронизирующего момента 5t ПР увеличении нагрузки, начиная с некоторого критического его уровня, энергии, сообщаемой ротору однополярными импульсами, становится недостаточно для отработки указанного перемещения и ротор отрабатывает лишь половину шага d/2.Уменьшение шага выявляется с помощью детектора нагрузки на валу двигателя, который вызывает изменение режима коммутации с однополярных импульсов

тока на разнополярные с одноиременньни уменьшением длительности последних (фиг. 16). Разнополярные импульсы имеют меньшую длительность tf, чем однополярные и следуют один

за другим с небольшим интервалом. Частота появления сдвоенных разнополярных импульсов равна частоте тактового генератора f-. Энергия W, сообщаемая ротору при повышенной

нагрузке Мцп каждым из разнополярных импульсов, достаточна для отработки перемещения, равного d/2. При снижении нагрузки двигатель вновь переводится в режим одкополярной

коммутации. Таким образом, при повышенной нагрузке Мц- для отработки перемещения oL ротору сообщается энергия 2W (j , а при пониженной нагрузке - энергия W -,

причем энергия W меньше энергии

2W.

Предлагаемый способ управления наиболее эффективен в том случае, .когда временной интервал работы двигателя на повышенную нагрузку составляет небольшую часть полного времени рабоил двигателя. Это, например, имеет место в электронных часах с дополнительными устройствами,

такими, как календарь, и другими,

которые включаются лишь на 20-30% общего времени работы часов.

Устройство, реализующее предлагаемый способ управления (фиг.2), содержит генератор тактовых импульсов 1,делитель частоты 2, два

ключа 3 и 4, коммутирующих обмотку управления 5 однофазного шагового двигателя, детектор нагрузки на валу двигателя 6, блок 7 формирования

и изменения длительности импульсов включения обмотки двигателя, счетчик задания временного интервала 8 и логический элемент И 9. Тактовые импульсы с ген,ератора 1 поступают

на вход делителя частоты 2, выход которого соединен с входом блока 7 формирования и изменения длительности импульсов включения обмотки и входом счетчика 8. Шход счетчика соединен со вторым входом блока формирования 7 и одним из входов логического элемента И. Третий вход блока формирования 7 соединен с выходом детектора нагрузки 6, а выход со вторым входом логического элемента И. алход элемента И соединен с

ключом 7. Ключи 3 и 4 соединены с катушкой 5 шагового двигателя, выход которой соединен со входом детектора нагрузки 6.

Устройство работает следующим образом.

. В стандартном режиме при относительно низкой нагрузке блок 7 вырабатывает широкие однополярные импульсы, длительностью t (фиг.Id),которые через ключ 3 осуществляют питание однофазного шагового двигателя. Ключ 4 закрыт злементом И 9. При увеличении нагрузки от детектора б к блоку 7 поступает сигнал, по которому блок 7 формирует последовательность разнополярных коротких импульсов, длительность tti (фиг.15). Одновременно начинается заполнение счетчика задания временного интервала 8, а элемент И 9 разрешает работу нормально закрытог ключа 4. После заполнения счетчика шаговый двигатель вновь переводится в режим управления однопол я импульсами.

Технико-зкономический эффект от внедрения предлагаемого способа уп равления и устройства для его реализации достигается за счет снижения потребления энергии и увеличения цены шага двигателя, что позволяет применительно к электронным часам увеличить србк службы элементов питания и уменьшить габариты часов.

Формула изобретения 1. Способ управления однофазным шаговым двигателем, например электронных часов, путем подачи, на обмотку управления импульсов тока раз:ной-полярности,.о тличающийс я тем, что, с целью повышения КПД, при снижении нагрузки изменяют режим коммутации и подают на обмотку двигателя импульсы тока одной полярности, длительность которых превЕЛиает длительность имп/льсов тока разной полярности.

,2. Устройство для осуществления способа управления по п. 1, содержащее генератор тактовых импульсов, делитель частоты, два ключа, коммутирующих обмотку двигателя, детектор нагрузки на валу двигателя и блок форушрования и изменения длительности импульсов со счетчиком задания временного интервала, о тличающееся тем, что, с

целью увеличения удельной мощности привода, в него введен элемент И, один вход которого подключен к выходу блока формирования и изменения длительности импульсов, второй - к

выходу счетчика задания временного интервала, а выход - ко входу одного из ключей/ коммутирукяцих обмотку.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США 41i4364, -кл. G 04 С 5/00, 1978.

2.Патент Великобритании 35 1.557.408, кл. G 04 С 3/00,

Н 02 Р 8/00, 1977.