專利名稱：單相步進(jìn)電機(jī)雙向控制電路及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于單相永磁式步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及單相永磁式步進(jìn)電機(jī)雙向控制電路及在產(chǎn)品中的應(yīng)用。
單相永磁式步進(jìn)電機(jī)是一種結(jié)構(gòu)簡單、輸出功率較小的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，目前主要用于計(jì)時(shí)鐘表、繼電器、機(jī)電計(jì)數(shù)器等零部件產(chǎn)品中。這種電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式很多，但主要特點(diǎn)是只有一套繞組，且無換向器，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是靠驅(qū)動(dòng)信號的極性交替實(shí)現(xiàn)的，它既不能象直流電機(jī)那樣用變換繞組線圈接頭的方法，也不能象多相步進(jìn)電機(jī)那樣用變換繞組時(shí)序的方法控制運(yùn)轉(zhuǎn)方向。在本實(shí)用新型以前的現(xiàn)有技術(shù)中，沒有發(fā)現(xiàn)專門的單相永磁式步進(jìn)電機(jī)的雙向控制技術(shù)，僅在某些產(chǎn)品中公開了近似的技術(shù)方案，如ZL92239336號專利中公開了一種“鐘用雙方向運(yùn)轉(zhuǎn)永磁步進(jìn)電機(jī)”的結(jié)構(gòu)，將定子分為三片，其中一片為公用片，并在其余兩片與公用片之間，安裝兩個(gè)線圈，組成兩個(gè)磁回路，通過施加正反脈沖信號，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的正、反雙向運(yùn)轉(zhuǎn)，這種技術(shù)相當(dāng)于對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，不僅需要增加生產(chǎn)成本，而且也不能改變已有步進(jìn)電機(jī)的使用狀況。又如ZL87216823號專利中公開了一種“電撥石英鐘”技術(shù)，該技術(shù)除需使用特殊的步進(jìn)、直流兩用電機(jī)外，還需要附加機(jī)械倒撥鐘制動(dòng)裝置，這種技術(shù)使得原本簡單的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜化，使性能價(jià)格比變壞，不易推廣使用。
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型的目的在于，無需改變原單相永磁式進(jìn)電機(jī)的任何結(jié)構(gòu)，僅用非常簡單的控制電路，即可實(shí)現(xiàn)對其運(yùn)轉(zhuǎn)的雙向控制，使結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉的單相步進(jìn)電機(jī)發(fā)揮更大的作用，并使已有用單相步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)力的有關(guān)產(chǎn)品使用更方便，調(diào)控更簡單。
現(xiàn)將本實(shí)用新型技術(shù)解決方案敘述如下在單相永磁式步進(jìn)電機(jī)的不對稱磁隙中，轉(zhuǎn)子的磁極中心線在靜態(tài)時(shí)偏離定子磁極中心線一個(gè)非直角角度，從而可用雙極性窄脈沖信號驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在驅(qū)動(dòng)電壓足夠大的情況下，適當(dāng)變化驅(qū)動(dòng)脈沖的寬度，則可達(dá)到使單相永磁式步進(jìn)電機(jī)雙向運(yùn)行的目的當(dāng)寬度為某值時(shí)，電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)變窄或變寬到某合適寬度時(shí)，電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。由于窄脈沖功耗較小，故實(shí)用中改變方向時(shí)以將脈沖變窄為宜。為此，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了單相永磁式步進(jìn)電機(jī)的雙向控制電路，具有步進(jìn)脈沖發(fā)生電路或數(shù)字脈沖發(fā)生電路或單片機(jī)控制電路，其特征在于在步進(jìn)脈沖發(fā)生電路上附加脈沖寬度調(diào)整器和雙刀雙擲開關(guān)(見圖1)或在數(shù)字脈沖發(fā)生電路中接開關(guān)或在計(jì)算機(jī)如單片微型計(jì)算機(jī)控制電路上接開關(guān)；若原產(chǎn)品采用步進(jìn)脈沖發(fā)生電路，則可在電路的兩輸出端并接脈沖寬度調(diào)整器(見圖2)；脈沖寬度調(diào)整器可采用雙輸入單穩(wěn)態(tài)電路如74121或74122模塊，模塊的Re、Ce端接起定時(shí)作用的阻容元件R、C，A1、A2端分別接脈沖發(fā)生電路的輸出線P00、P10，并各與或非門U2A、U2B的一腳相并接，Q端接或非門U2A、U2B的另一腳；步進(jìn)電機(jī)的兩接線端接雙刀雙擲開關(guān)的活動(dòng)接點(diǎn)；脈沖發(fā)生電路的兩輸出端P01、P11同時(shí)接雙刀雙擲開關(guān)的常閉接點(diǎn)；脈沖寬度調(diào)整器的兩輸出端同時(shí)接雙刀雙擲開關(guān)的常開接點(diǎn)。若原產(chǎn)品采用數(shù)字脈沖發(fā)生電路，則可在數(shù)字直接譯碼型脈沖發(fā)生電路的二進(jìn)制分頻器U2A的Q9端和與非門U3、U4的輸入端之間接開關(guān)S1(見圖3)。
若原產(chǎn)品采用單片機(jī)控制電路如Z86E08型或具有相同功能的單片機(jī)，則可在Z86E08的輸入端P31接運(yùn)轉(zhuǎn)方向選擇開關(guān)S和上拉電阻R，開關(guān)S的另一端接地，電阻R的另一端接Vcc；P20、P21端接步進(jìn)電機(jī)，P22-P27端可實(shí)施對多路步進(jìn)電機(jī)的控制(見圖4)。
作為本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例，可以用量大、面廣的裝有單相永磁式步進(jìn)電機(jī)的石英鐘為例，尤其是安裝在賓館、機(jī)場、車站、碼頭的世界多時(shí)區(qū)時(shí)鐘，由于調(diào)整繁瑣，走時(shí)同步性差，不易操作而使大多數(shù)多時(shí)區(qū)時(shí)鐘形同虛設(shè)。本實(shí)用新型的多時(shí)區(qū)時(shí)鐘由于使用了可使單相步進(jìn)電機(jī)雙向運(yùn)轉(zhuǎn)的控制電路和遙控技術(shù)而使多時(shí)區(qū)時(shí)鐘增添了更多的實(shí)際意義，該石英鐘具有單片機(jī)控制電路、節(jié)電模式控制電路、電子開關(guān)，還可附加調(diào)整鍵盤、遙控發(fā)射與接收器；單片機(jī)的多路驅(qū)動(dòng)端口同時(shí)接多路石英鐘的單相步進(jìn)電機(jī)，每路步進(jìn)電機(jī)可并聯(lián)高通濾波器和發(fā)光二極管以指示工作狀態(tài)。
現(xiàn)將

如下圖1單相永磁式步進(jìn)電機(jī)雙向控制電路原理框圖圖2模擬式脈沖寬度調(diào)整器電路圖圖3直接譯碼型數(shù)字式雙向步進(jìn)脈沖發(fā)生器電路圖圖4單片機(jī)雙向控制電路圖圖5雙向控制多時(shí)區(qū)時(shí)鐘電路原理框圖圖1中步進(jìn)脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生可以使步進(jìn)電機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)的交錯(cuò)負(fù)脈沖信號P00、P10，同時(shí)加到雙刀雙擲開關(guān)K的常閉接點(diǎn)和脈沖調(diào)整器的輸入端，其輸出端接K的常開接點(diǎn)，當(dāng)脈沖調(diào)整到15.6mS或7.8mS時(shí)步進(jìn)電機(jī)即可正反任意運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖2中將一對定時(shí)元件電阻R、電容C接在雙輸入單穩(wěn)態(tài)電路如74121或74122模塊的Re、Ce腳，A1、A2腳為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖輸入腳，Q為輸出腳，74121同時(shí)處理兩路信號，單穩(wěn)態(tài)輸出的是任一負(fù)脈沖的窄脈沖信號，再與負(fù)脈沖相或，則得到需要的窄脈沖。
圖3中該電路的虛線框中的電路基本上就是石英鐘的原有電路，在數(shù)字直接譯碼型脈沖發(fā)生電路的二進(jìn)制分頻器U2A的Q9端和與非門U3、U4的輸入端之間接開關(guān)S1，U3輸出信號的頻率與變化最慢的脈沖輸入的頻率相同，當(dāng)S1開路時(shí)，Q9不起作用，脈沖寬度為15.6mS；當(dāng)S閉合時(shí)，Q9使脈沖寬度縮窄為7.8mS。
圖4中使用單片機(jī)雙向控制電路的外圍電路簡單，脈寬調(diào)整方便，適應(yīng)性強(qiáng)，走時(shí)更加精確。產(chǎn)品采用單片機(jī)控制電路如Z86E08或具有相同功能的單片機(jī)，則可在Z86E08的P31端接開關(guān)S和電阻R，開關(guān)S的另一端接地，電阻R的另一端接Vcc；P20、P21端接步進(jìn)電機(jī)，P22-P27端可實(shí)施對多路步進(jìn)電機(jī)的控制。
圖5中單片機(jī)是多時(shí)區(qū)時(shí)鐘的控制核心，多個(gè)石英鐘的單相步進(jìn)電機(jī)直接接到單片機(jī)的I/O口，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)BTL驅(qū)動(dòng)。
為了方便調(diào)整各時(shí)鐘同時(shí)減少各時(shí)鐘的連線，在步進(jìn)電機(jī)的兩端接有由高通濾波器和發(fā)光二極管組成的工作狀態(tài)指示電路。
本實(shí)用新型的幾種雙向控制電路各具特色，在單相繞組的步進(jìn)電機(jī)中均可應(yīng)用。進(jìn)而可擴(kuò)大應(yīng)用到繼電器、計(jì)數(shù)器、電度表、磁卡電話機(jī)等需雙向運(yùn)轉(zhuǎn)的多種產(chǎn)品中。
權(quán)利要求1.單相永磁式步進(jìn)電機(jī)雙向運(yùn)轉(zhuǎn)控制電路，具有步進(jìn)脈沖發(fā)生電路或數(shù)字脈沖發(fā)生電路或計(jì)算機(jī)控制電路，其特征在于用不同寬度的脈沖控制電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向，在步進(jìn)脈沖發(fā)生電路上附加脈沖寬度調(diào)整器和雙刀雙擲開關(guān)或在數(shù)字脈沖發(fā)生電路中接開關(guān)或在計(jì)算機(jī)控制電路上接開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相永磁式步進(jìn)電機(jī)雙向運(yùn)轉(zhuǎn)控制電路，具有模擬單穩(wěn)脈沖寬度控制電路，其特征在于在步進(jìn)脈沖發(fā)生電路的兩輸出端并接脈沖寬度調(diào)整器；脈沖寬度調(diào)整器可采用雙輸入單穩(wěn)態(tài)電路如74121或74122模塊，模塊的Re、Ce端接起定時(shí)作用的阻容元件R、C，A1、A2端分別接脈沖發(fā)生電路的輸出線P00、P10，并各與或非門U2A、U2B的一腳相并接，Q端接或非門U2A、U2B的另一腳；步進(jìn)電機(jī)的兩接線端接雙刀雙擲開關(guān)的活動(dòng)接點(diǎn)；脈沖發(fā)生電路的兩輸出端同時(shí)接雙刀雙擲開關(guān)的常閉接點(diǎn)；脈沖寬度調(diào)整器的兩輸出端P01、P11接雙刀雙擲開關(guān)的常開接點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相永磁式步進(jìn)電機(jī)雙向運(yùn)轉(zhuǎn)控制電路，具有數(shù)字脈沖發(fā)生電路，其特征在于在數(shù)字直接譯碼型脈沖發(fā)生電路的二進(jìn)制分頻器U2A的Q9端和與非門U3、U4的輸入端之間接開關(guān)S1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相永磁式步進(jìn)電機(jī)雙向運(yùn)轉(zhuǎn)控制電路，具有計(jì)算機(jī)控制電路，其特征在于計(jì)算機(jī)控制電路可采用Z86E08或具有類似功能的單片機(jī)；在Z86E08的P31端接有開關(guān)S和電阻R，開關(guān)S的另一端接地，電阻R的另一端接Vcc；P20、P21端接步進(jìn)電機(jī)，P22-P27端可實(shí)施對多路步進(jìn)電機(jī)的控制。
5.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的單相永磁式步進(jìn)電機(jī)雙向運(yùn)轉(zhuǎn)控制電路而設(shè)計(jì)的易調(diào)控多時(shí)區(qū)時(shí)鐘，其特征在于具有單片機(jī)控制電路、節(jié)電模式控制電路、電子開關(guān)，還可附加調(diào)整鍵盤、遙控發(fā)射與接收器；單片機(jī)的多路驅(qū)動(dòng)端口同時(shí)接多路石英鐘的單相步進(jìn)電機(jī)，每路步進(jìn)電機(jī)可并聯(lián)高通濾波器和發(fā)光二極管狀態(tài)指示電路。
專利摘要本實(shí)用新型屬于單相永磁式步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域,涉及幾種類型的單相永磁式步進(jìn)電機(jī)雙向運(yùn)轉(zhuǎn)控制電路及在產(chǎn)品中的應(yīng)用。特征是在步進(jìn)脈沖發(fā)生電路上附加脈沖寬度調(diào)整器和雙刀雙擲開關(guān)或在數(shù)字脈沖發(fā)生電路中接開關(guān)或在單片機(jī)控制電路上接開關(guān),幾種雙向控制電路各具特色,可應(yīng)用到石英鐘、電度表、磁卡電話機(jī)等需雙向運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)的多種產(chǎn)品中。
文檔編號H02P8/20GK2425454SQ9925514
公開日2001年3月28日 申請日期1999年11月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月29日
發(fā)明者李正生, 王國華 申請人:中國人民解放軍第二炮兵工程學(xué)院技術(shù)開發(fā)中心