Способ управления шаговым двигателем

/00 ГОСУДАРСТ ЗЕ Н Ы Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР 5 Н ЕНИ САНИЕ ИЗО ОП К АВТ ОРСКОМУ СВИДЕТЕ ВУ ЫМ/00, 1987.187,Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для вращательного перемещения подвижного элемента, а также в позиционных устройствах, требующих совмещения перемещения поданного элемента в аксиальном направлении с его вращением вокруг продольной оси двигателя и осуществления точного останова рабочего органа.Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей путем реализации режима вращательного движения,На фиг. 1 схематически показан электродвигатель, продольный разрез; на фиг. 2 - 7 - развертка магнитной системы двигателя, в различных положениях ротора (ось параллельна продольной оси двигателя); на фиг. 8 - функциональная схема устройства управления двигателем.Шаговый двигатель (фиг. 1) содержит статор 1, состоящий из отдельных магнитопроводов, полюса которых охвачены катушками многофазной обмотки 2 с числом фаз,(21) 4690721/О(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВ ДВИГАТЕЛЕМ(57) Использование; совмещенное перемещение подвижного элемента в аксиальном направлении с его вращением вокруг продольной оси и осуществление точного останова рабочего органа. Сущность изобретения: в шаговом двигателе со смежными полюсами цилиндрического статора, смещенными вдоль оси на одинаковую/величину, питание подают одновременно на обмотки полюсов, расстояние между которыми по окружности равно половине полюсного деления. 8 ил. кратным числу магнитопроводов статора 1,и вторичный элемент 3, состоящий из отдельных магнитопроводов. На полюсах вторичного элемента 3 и статора 1 выполненызубцы, причем зубцы на полюсах статора 3смещены по отношению к зубцам смежныхполюсов на постоянную величину в осевомнаправленииСпособ управления шаговым двигателем заключается в следующем,Для реализации режима вращательногодвижения включают попарно обмотки полюсов, расстояние между которыми по окружности равно половине полюсного деления.Допустим, что в некоторый момент времени к источнику напряжения подключеныполюса первой фазной обмотки статора 1шагового электродвигателя, Усилие взаим-.ного притякения возбужденных полюсовпервой фазной обмотки статора 1 и зубцоввторичного элемента 3 приводит к их совмещению (на фиг, 2 приведена разверткамагнитной системы двигателя, которая иллюстрирует данный случай, зубцы полюсов вторичного элемента 3 заштрихованы). В следующий момент времени осуществляется переключение фазных обмоток статора 1, а именно отключение первой фазной обмотки статора 1 и подключение второй. В результате этого происходит совмещение зубцов вторичного элемента 3 с зубцами второй фазной обмотки статора 1, т,е. осуществляется перемещение вторичного элемента 3 в новое фиксированное положение. На фиг. 3 приведена развертка магнитной системы двигателя для данного случая, т,е. совмещение зубцов второй фазной обмотки статора 1 с зубцами соответствующего полюса вторичного элемента 3.Из фиг. 2 и 3 видно, что перемещение вторичного элемента 3 в новое фиксированное положение является суммой перемещений по двум взаимно перпендикулярным направлениям (т.е. по осям Х и У), Развертка магнитной системы двигателя, приведенная на фиг. 3, получена путем смещения зубцов вторичного элемента 3 (начальное положение на фиг; 2) по оси У вниз и по оси Х вправо до их совмещения с зубцами второй фазной обмотки статора 1.Таким образом, вторичный элемент 3 в результате перемещения в новое форсированное положение совершил некоторое поступательное движение (движение по оси У), направление которого совпадает с продольной осью вала двигателя, и некоторое вращательное движение (движение по оси Х), направление которого перпендикулярно продольной оси вала двигателя.В следующий момент времени происходит очередное переключение фаз, в результате которого к источнику напряжения подключается третья фазная обмотка статора 1, На фиг. 3 нетрудно видеть, что для перемещения в новое фиксированное положение (по совмещению зубцов третьей фазной обмотки статора 1 с зубцами соответствующего полюса вторичного элемента 3) вторичный элемент сохраняет прежними направления движения по осям Х и У.На фиг. 4 приведена развертка магнитной системы двигателя, зафиксированная в момент времени, когда к источнику напряжения вновь подключена первая фазная обмотка статора 1, т,е, вторичный элемент 3 совершил оборот на 180 вокруг продольной оси вала двигателя, В этот момент времени вторичный элемент З,находится в противоположном крайнем положении вдоль оси У. При следующем переключении фаз статора 1 вторичный элемент 3 совершает движение по оси У вверх и по оси Х вправо до совмещения зубцов соответствующего полюса вторичного элемента 3 с зубцами второй фазной обмотки статора 1 (нафиг. 5 приведена развертка магнитной системы двигателя, зафиксированная в новом5 фиксированном положении).Таким образом, при поочередном подключении катушек фаз обмоток статора вторичный элемент 3 совершает одновременноевращательное и возвратно-поступательное10 движение. Изменение направления переключения фаз статора 1 на противоположноеобеспечивает реверс вала двигателя как в направлении вращательного, так и в направлении возвратно-поступательного движения.15 При парной системе коммутации катушекфаз многофазной обмотки статора 1 1,5-2,63,7-4,8-1,5 обеспечивается перемещение вторичного элемента 3 только в направлениивращения, так как при данной системе комму 20 тации фаз одновременно включаемые фазысоздают равные и противоположно направленны э усилия в осевом направлении (по осиУ), т.е. при таком включении фаз осуществляется взаимная компенсация усилий, содава 25 емых включенными фазами в направлении,совпадающем с продольной осью вала двигателя. Работа двигателя в таком режимевращения иллюстрируется схемами развертки магнитной системы двигателя, приве 30 денными на фиг, 2 (к источнику напряженияподключены фазы 1,5 статора 1), на фиг, 6 (кисточнику напряжения подключены фазы2,6 статора 1) и на фиг, 7 (к источнику напряжения подключены фазы 3,7 статора 1).35 Устройство управления двигателем, реализующее предлагаемый способ (фиг, 8),содержит шаговый двигатель 4, два сдвиговых регистра 5, 6, выходы которых соединены с выходами блока совпадения 7, выходы40 которого соединены через многоканальныйусилитель мощности 8 с фазами шаговогодвигателя 4,устройство управления двигателем(фиг. 8) работает следующим образом.45 На тактовые входы сдвиговых регистров5 и 6 поступают импульсы управления 1 у,осуществляя сдвиг данных на их входах,Данные, загруженные в сдвиговые регистры 5 и 6, соответствуют режимам работы50 шагового двигателя 4, Например, данные,загруженные в сдвиговой регистр 5, соответствуют поочередной системе коммутаций фаз двигателя, тогда как данные,загруженные в сдвиговый регистр 6, соот 55 ветствуют парной системе коммутаций фаз,которая соответствует предлагаемому способу управления двигателем. Сигналы, формируемые на выходах сдвиговых регистров5 и 6, поступают на входы блока 7 совпадения,Блок 7 совпадения выполняет роль коммутатора. Уровень логического сигнала 01 на управляющем входе блока совпадения 7 соответствует установке режима работы шагового двигателя 4, Блок 7 совпадения в соответствии с заданным режимом работы двигателя осуществляет коммутацию выходов соответствующего сдвигового регистра 5 или 6 через многоканальный усилитель 8 мощности с фазами шагового двигателя 4Реверс двигателя осуществляется путем изменения направления сдвига данных на выходах сдвиговых регистров 5 и 6 за счет изменения уровня логического сигнала О 2, поступающего на вход установки направления сдвига.При таком выполнении шагового двигателя постигается упрощение конструкции привода за счет того, что в предлагаемом двигателе достигается возможность получать вращательное или вращательно-поступательное движение вала при меньшем количестве фазных обмоток, Соответственно упрощаются устройство управления коммутацией обмоток и конструкция привода в целом.Кроме того, при таком выполнении шагового двигателя достигается повышение 5 энергетических характеристик за счет того,что весь объем статора занимают зубцы фазных обмоток. Уменьшение объема статора (по сравнению с прототипом) позволяет уменьшить геометрические размеры рото ра, а следовательно, и его массу. Формула изобретения Способ управления шаговым двигателем со смежными полюсами цилиндриче ского статора, смещенными вдоль оси наодинаковую величину, включающий последовательную коммутацию обмоток полюсов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможно стей путем реализации режима вращательного движения, подают питание одновременно на обмотки полюсов, расстояние между которыми по окружности равно половине полюсного деления,25аказ 10 б 9 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 КНТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина; 101