專利名稱：單相步進電機雙向控制電路及應用的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于單相永磁式步進電機控制技術領域，涉及單相永磁式步進電機雙向控制電路及在產品中的應用。
單相永磁式步進電機是一種結構簡單、輸出功率較小的步進電動機，目前主要用于計時鐘表、繼電器、機電計數器等零部件產品中。這種電動機的結構形式很多，但主要特點是只有一套繞組，且無換向器，電動機的運轉是靠驅動信號的極性交替實現的，它既不能象直流電機那樣用變換繞組線圈接頭的方法，也不能象多相步進電機那樣用變換繞組時序的方法控制運轉方向。在本實用新型以前的現有技術中，沒有發現專門的單相永磁式步進電機的雙向控制技術，僅在某些產品中公開了近似的技術方案，如ZL92239336號專利中公開了一種“鐘用雙方向運轉永磁步進電機”的結構，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，安裝兩個線圈，組成兩個磁回路，通過施加正反脈沖信號，實現轉子的正、反雙向運轉，這種技術相當于對步進電機進行了重新設計，不僅需要增加生產成本，而且也不能改變已有步進電機的使用狀況。又如ZL87216823號專利中公開了一種“電撥石英鐘”技術，該技術除需使用特殊的步進、直流兩用電機外，還需要附加機械倒撥鐘制動裝置，這種技術使得原本簡單的結構變得復雜化，使性能價格比變壞，不易推廣使用。
針對上述現有技術中存在的問題，本實用新型的目的在于，無需改變原單相永磁式進電機的任何結構，僅用非常簡單的控制電路，即可實現對其運轉的雙向控制，使結構簡單、造價低廉的單相步進電機發揮更大的作用，并使已有用單相步進電機作為驅動力的有關產品使用更方便，調控更簡單。
現將本實用新型技術解決方案敘述如下在單相永磁式步進電機的不對稱磁隙中，轉子的磁極中心線在靜態時偏離定子磁極中心線一個非直角角度，從而可用雙極性窄脈沖信號驅動步進電機轉動。通過實驗研究發現，在驅動電壓足夠大的情況下，適當變化驅動脈沖的寬度，則可達到使單相永磁式步進電機雙向運行的目的當寬度為某值時，電機正向轉動；當變窄或變寬到某合適寬度時，電機反向轉動。由于窄脈沖功耗較小，故實用中改變方向時以將脈沖變窄為宜。為此，本實用新型設計了單相永磁式步進電機的雙向控制電路，具有步進脈沖發生電路或數字脈沖發生電路或單片機控制電路，其特征在于在步進脈沖發生電路上附加脈沖寬度調整器和雙刀雙擲開關(見圖1)或在數字脈沖發生電路中接開關或在計算機如單片微型計算機控制電路上接開關；若原產品采用步進脈沖發生電路，則可在電路的兩輸出端并接脈沖寬度調整器(見圖2)；脈沖寬度調整器可采用雙輸入單穩態電路如74121或74122模塊，模塊的Re、Ce端接起定時作用的阻容元件R、C，A1、A2端分別接脈沖發生電路的輸出線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；步進電機的兩接線端接雙刀雙擲開關的活動接點；脈沖發生電路的兩輸出端P01、P11同時接雙刀雙擲開關的常閉接點；脈沖寬度調整器的兩輸出端同時接雙刀雙擲開關的常開接點。若原產品采用數字脈沖發生電路，則可在數字直接譯碼型脈沖發生電路的二進制分頻器U2A的Q9端和與非門U3、U4的輸入端之間接開關S1(見圖3)。
若原產品采用單片機控制電路如Z86E08型或具有相同功能的單片機，則可在Z86E08的輸入端P31接運轉方向選擇開關S和上拉電阻R，開關S的另一端接地，電阻R的另一端接Vcc；P20、P21端接步進電機，P22-P27端可實施對多路步進電機的控制(見圖4)。
作為本實用新型的最佳實施例，可以用量大、面廣的裝有單相永磁式步進電機的石英鐘為例，尤其是安裝在賓館、機場、車站、碼頭的世界多時區時鐘，由于調整繁瑣，走時同步性差，不易操作而使大多數多時區時鐘形同虛設。本實用新型的多時區時鐘由于使用了可使單相步進電機雙向運轉的控制電路和遙控技術而使多時區時鐘增添了更多的實際意義，該石英鐘具有單片機控制電路、節電模式控制電路、電子開關，還可附加調整鍵盤、遙控發射與接收器；單片機的多路驅動端口同時接多路石英鐘的單相步進電機，每路步進電機可并聯高通濾波器和發光二極管以指示工作狀態。
現將
如下圖1單相永磁式步進電機雙向控制電路原理框圖圖2模擬式脈沖寬度調整器電路圖圖3直接譯碼型數字式雙向步進脈沖發生器電路圖圖4單片機雙向控制電路圖圖5雙向控制多時區時鐘電路原理框圖圖1中步進脈沖產生電路產生可以使步進電機正向運轉的交錯負脈沖信號P00、P10，同時加到雙刀雙擲開關K的常閉接點和脈沖調整器的輸入端，其輸出端接K的常開接點，當脈沖調整到15.6mS或7.8mS時步進電機即可正反任意運轉。
圖2中將一對定時元件電阻R、電容C接在雙輸入單穩態電路如74121或74122模塊的Re、Ce腳，A1、A2腳為單穩態觸發脈沖輸入腳，Q為輸出腳，74121同時處理兩路信號，單穩態輸出的是任一負脈沖的窄脈沖信號，再與負脈沖相或，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，在數字直接譯碼型脈沖發生電路的二進制分頻器U2A的Q9端和與非門U3、U4的輸入端之間接開關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S1開路時，Q9不起作用，脈沖寬度為15.6mS；當S閉合時，Q9使脈沖寬度縮窄為7.8mS。
圖4中使用單片機雙向控制電路的外圍電路簡單，脈寬調整方便，適應性強，走時更加精確。產品采用單片機控制電路如Z86E08或具有相同功能的單片機，則可在Z86E08的P31端接開關S和電阻R，開關S的另一端接地，電阻R的另一端接Vcc；P20、P21端接步進電機，P22-P27端可實施對多路步進電機的控制。
圖5中單片機是多時區時鐘的控制核心，多個石英鐘的單相步進電機直接接到單片機的I/O口，通過軟件編程實現BTL驅動。
為了方便調整各時鐘同時減少各時鐘的連線，在步進電機的兩端接有由高通濾波器和發光二極管組成的工作狀態指示電路。
本實用新型的幾種雙向控制電路各具特色，在單相繞組的步進電機中均可應用。進而可擴大應用到繼電器、計數器、電度表、磁卡電話機等需雙向運轉的多種產品中。
權利要求1.單相永磁式步進電機雙向運轉控制電路，具有步進脈沖發生電路或數字脈沖發生電路或計算機控制電路，其特征在于用不同寬度的脈沖控制電機的運動方向，在步進脈沖發生電路上附加脈沖寬度調整器和雙刀雙擲開關或在數字脈沖發生電路中接開關或在計算機控制電路上接開關。
2.根據權利要求1所述的單相永磁式步進電機雙向運轉控制電路，具有模擬單穩脈沖寬度控制電路，其特征在于在步進脈沖發生電路的兩輸出端并接脈沖寬度調整器；脈沖寬度調整器可采用雙輸入單穩態電路如74121或74122模塊，模塊的Re、Ce端接起定時作用的阻容元件R、C，A1、A2端分別接脈沖發生電路的輸出線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；步進電機的兩接線端接雙刀雙擲開關的活動接點；脈沖發生電路的兩輸出端同時接雙刀雙擲開關的常閉接點；脈沖寬度調整器的兩輸出端P01、P11接雙刀雙擲開關的常開接點。
3.根據權利要求1所述的單相永磁式步進電機雙向運轉控制電路，具有數字脈沖發生電路，其特征在于在數字直接譯碼型脈沖發生電路的二進制分頻器U2A的Q9端和與非門U3、U4的輸入端之間接開關S1。
4.根據權利要求1所述的單相永磁式步進電機雙向運轉控制電路，具有計算機控制電路，其特征在于計算機控制電路可采用Z86E08或具有類似功能的單片機；在Z86E08的P31端接有開關S和電阻R，開關S的另一端接地，電阻R的另一端接Vcc；P20、P21端接步進電機，P22-P27端可實施對多路步進電機的控制。
5.一種應用權利要求1所述的單相永磁式步進電機雙向運轉控制電路而設計的易調控多時區時鐘，其特征在于具有單片機控制電路、節電模式控制電路、電子開關，還可附加調整鍵盤、遙控發射與接收器；單片機的多路驅動端口同時接多路石英鐘的單相步進電機，每路步進電機可并聯高通濾波器和發光二極管狀態指示電路。
專利摘要本實用新型屬于單相永磁式步進電機控制技術領域,涉及幾種類型的單相永磁式步進電機雙向運轉控制電路及在產品中的應用。特征是在步進脈沖發生電路上附加脈沖寬度調整器和雙刀雙擲開關或在數字脈沖發生電路中接開關或在單片機控制電路上接開關,幾種雙向控制電路各具特色,可應用到石英鐘、電度表、磁卡電話機等需雙向運轉電機的多種產品中。
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 優先權日1999年11月29日
發明者李正生, 王國華 申請人:中國人民解放軍第二炮兵工程學院技術開發中心