Способ управления шаговым двигателем
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.
союз советских
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТ<ЗЕН1ГБ1Й КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4690721/07 (22) 10,05.89 (46) 30.03.92. Бюл. ¹ 12 (71) Ленин градский кораблестроител ьн ый институт (72) С.M.Äåðèïàñêî, В.И.Саввин, А:П.Сеньков и А.Г.Шумский (53) 621.313.525(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1288835, кл. Н 02 К 37/00, 1987. Патент США ¹ 4607187, кл, 318-115, 1986. 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 рабо <его 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, „„. Ж„„1723653 А1 (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ 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 I 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 выполнены зубцы, причем зубцы на полюсах статора 3 смещены по отношению к зубцам смежных полюсов на постоянную величину в осевом направлении. Способ управления шаговым двигателем заключается в следующем. Для реализации режима вращательного движения включают попарно обмотки полюсов, расстояние между которыми по окружности равно половине полюсного деления. Допустим, что в некоторый момент времени к источнику напряжения подключены полюса первой фазной обмотки статора 1 шагового электродвигателя. Усилие взаим-. ного притя>кения возбужденных полюсов первой фазной обмотки статора 1 и зубцов вторичного элемента 3 приводит к их совмещению (на фиг. 2 приведена развертка магнитной системы двигателя, которая ил1723653 люстрирует 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 Y), Развертка магнитной системы двигателя, приведенная на фиг. 3, получена путем смещения зубцов вторичного элемента 3 (начальное положение на фиг; 2) по оси Y 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 Y), направление которого совпадает с продольной осью вала двигателя, и некоторое вращательное движение (движение по оси X), направление которого перпендикулярно продольной оси вала двигателя. B 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 3,находится в противоположном крайнем положении вдоль оси Y. При следующем переключении фаз статора 1 вторичный элемент 3 совершает движение по оси Y вверх и по оси Х вправо до совмещения зубцов соответствующего полюса вторичного элемента 3 с зубцами второй фазной обмотки статора 1 (на фиг. 5 приведена развертка магнитной системы двигателя, зафиксированная в новом 5 фиксированном положении). Таким образом, при поочередном подключении катушек фаз обмоток статора вторичный элемент 3 совершает одновременное вращательное и возвратно-поступательное 10 движение. Изменение направления переключения фаз статора 1 на противоположное обеспечивает реверс вала двигателя как в направлении вращательного, так и в направлении возвратно-поступательного движения. 15 При парной системе коммутации катушек фаз многофазной обмотки статора 1 1,5-2,63,7-4,8-1,5 обеспечивается перемещение вторичного элемента 3 только в направлении вращения, так как при данной системе комму20 тации фаз одновременно включаемые фазы создают равные и противоположно направленны э усилия в осевом направлении (по оси Y), т.е. при таком включении фаз осуществляется взаимная компенсация усилий, содава25 емых включенными фазами в направлении, совпадающем с продольной осью вала двигателя. Работа двигателя в таком режиме вращения иллюстрируется схемами развертки магнитной системы двигателя, приве30 денными на фиг, 2 (к источнику напряжения подключены фазы 1,5 статора 1), на фиг, 6 (к источнику напряжения подключены фазы 2,6 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, выходы 40 которого соединены через многоканальный усилитель мощности 8 с фазами шагового двигателя 4. Устройство управления двигателем (фиг. 8) работает следующим образом. 45 На тактовые входы сдвиговых регистров 5 и 6 поступают импульсы управления (у, осуществляя сдвиг данных на их входах. Данные, загруженные в сдвиговые регистры 5 и 6, соответствуют режимам работы 50 шагового двигателя 4, Например, данные, загруженные в сдвиговой регистр 5, соответствуют поочередной системе коммутаций фаз двигателя, тогда как данные, загруженные в сдвиговый регистр 6, соот55 ветствуют парной системе коммутаций фаз, которая соответствует предлагаемому способу управления двигателем. Сигналы, формируемые на выходах сдвиговых регистров 5 и 6, поступают на входы блока 7 совпадения. 1723653 55 Блок 7 совпадения выполняет роль коммутатора. Уровень логического сигнала U> 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 4.. Реверс двигателя осуществляется путем изменения направления сдвига данных на выходах сдвиговых регистров 5 и 6 за счет изменения уровня логического сигнала Uz, 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 рото10 ра, а следовательно, и его массу. Формула изобретения Способ управления шаговым двигателем со смежными полюсами цилиндриче15 ского статора, смещенными вдоль оси на одинаковую величину, включающий последовательную коммутацию обмоток полюсов, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможно20 стей путем реализации режима вращательного движения, подают питание одновременно на обмотки полюсов, расстояние между которыми по окружности равно половине полюсного деления, 25 1723653 1723653 1723653 7 2 3 9 5 б 7 1723653 40 50 Составитель В.Алфимов Техред М,Моргентал Корректор Э.Лончакова Редактор Н.Швыдкая Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина; 101 Заказ 10б9 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5
