專利名稱：二相混合式步進電動機任意步距角的驅動器及其實現方式的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種二相混合式步進電動機任意步距角運行的驅動器及其實現方式。
二相混合式步進電動機的微步驅動系統。微步驅動器采用電流型驅動技術，讓繞組電流為正弦階梯波，一個電流變化周期內正弦波的階梯數N1就是邏輯通電狀態數，可以是不同的整數，且通常為偶數，N1＝2K1，(K1＝2，3，4，5……)通電狀態變化一個循環，步進電動機的轉子轉過一個齒距角，所以微步驅動時，電動機的步距角可以是，θb=θ1N1=θ12·1K(K1=2,3,4,5......)]]>以轉子齒數Zr＝50為例，采用微步驅動系統時，它的步距角可以是，
上式數列以外的步距角，如1.5°、1.25°、1°、0.75°、0.5°、0.375°、………等，也是常常希望的，但是如不改變相數或轉子齒數就無法得出。
本發明的目的，是提供一種在不改變電機相數或轉子齒數的情況下，實現任意步距角運行的驅動器及其實現方式。
本發明是這樣實現的在一個由N進制可逆計數器、給定電流發生器、D/A轉換器、電流檢測、電流控制器、前級驅動、功放橋等構成的二相混合式步進電動機構成的步進電動機驅動系統內，通過對環分部分的給定電流波形及計數器進行特殊設計，轉子轉過一個齒距角范圍內通電狀態數可以不為整數，這時讓轉子轉過若干個齒距角范圍內通電狀態數才為整數。該給定電流波形為相差90°電角度的二相正弦階梯波，在轉子轉過一個齒距角范圍內，電流波形的階梯數可以不為整數，這時讓轉子轉過若干個齒距角范圍內才為整數。驅動系統內，可逆計數器的計數長度N根據所希望的步距角特殊設計；給定電流發生器由EPROM構成，預先寫入所需的電流波形，包括電流的大小和極性，可由計數器掃描讀出，電流波形也根據所希望的步距角特珠設計。
本發明構思新穎，實現巧妙，能提高同一品種電機的生產量，降低生產成本及減少庫存量等，有明顯的效益；對用戶來講，便于從整機系統的角度選擇最佳或最希望的步距角，使整機系統的設計更靈活和方便。
附
圖1為本發明驅動系統的結構框圖。
附圖2為給定電流波形示意圖。
附圖3為θbe＝75deg.ele時的轉矩相量星形圖。
如圖所示，(1)N進制可逆計數器。可逆計數器的計數長度N根據所希望的步距角特殊設計
(2)給定電流發生器。由EPROM構成，預先寫入所需的電流波形，包括電流的大小和極性，可由計數器掃描讀出，電流波形也根據所希望的步距角特iA=2sin(K2θbe+Φ0)]]>iB=2cos(K2θbe+Φ0),(K2=0,1,2,3,4....N′1-1)]]>殊設計(3)D/A轉換器。完成給定電流的數字量到模擬量的轉換；(4)電流檢測。對相電流進行檢測；(5)電流控制器。根據給定電流訊號ir和檢測到的電流訊號if進行調節，通過前級驅動控制功放橋，使相電流跟隨給定電流變化，采用固定開關頻率峰值電流型控制器，也可以采用滯環型電流控制器；(6)前級驅動。驅動功放橋(7)功放橋。針對混合式步進電動機需雙極性驅動的特點，每相用全H橋結構的功放電路，功率器件根據電動機要求的功率驅動極電壓及電流值選取，用MOSFET或IGBT等；(8)二相混合式步進電動機。下面結合本案實施舉例進一步說明以一臺57BH250C型二相混合式步進電動機為例，(1)假設要求步距角θb＝1.5°，轉子齒數Zr＝50，相應的電角度θbe＝Zr·θb＝75°(2)特殊設定的電流波形以57BH250C型電動機的額定電流為基準，A相和B相電流的相對值波形為，iA=2sin(K2θbe+Φ0)]]>iB=2cos(K2θbe+Φ0),(K2=0,1,2,3,4....N′1-1)]]>作成曲線如圖2所示，Φ0為電流波形的初相角，M1′為新的通電狀態數。
(3)通電狀態數。按照傳統的觀念，在一個齒距角范圍內電流波形的階梯數，稱為步進電動機驅動系統的通電狀態數N1，按上述波形得，
只要求電流波形在K3個齒距范圍內有整數個階梯數就可以，因為對K3沒有嚴格的限定，所以上式中θbe為所希望的值時都能滿足。
θbe＝75°時，由上式可得，K3＝5 N1＝24N1便是新的驅動系統的通電狀態數。通電狀態變化一個循環，轉子轉過K3＝5個轉子齒距角。
(4)電流波形的初相角Φ0。從原理上講，Φ0為任意值，電動機都可以同樣獲得所希望的步距角運行。但是Φ0不同時，由式(8)確定的24種不同通電狀態的組合便不一樣，電動機的運行性能也有一些差別。改變Φ0可以得到一種最好的通電狀態的組合。本實施例中選取Φ0＝35°電角度電動機在步距角θb＝1.5°情況下運行性能良好。
(5)轉矩相量星形圖。
如圖3所示。可以明顯看出，K2的值每順序變化一次，通電狀態改變一次，轉矩相量便轉過θbe＝75°，電動機的轉子便相應轉過θbe＝75°電角度，即1.5°機械角度。
(6)可逆計數器的計數長度N。為了獲得所希望的步距角，按式(10)得到邏輯通電狀態數N1‘＝24，可逆計數器的計數長度最小應有，
N＝N1‘＝24設計成N1‘的倍數也可以，即N＝K4N1在舉例的實際系統中取K4＝8，N＝192，這樣做并不增加硬件電路的復雜性，卻可以與別的所希望的步距角要求的計數器兼容，例如θb＝1.5°，0.375°，0.1875°等。
權利要求
1.一種二相混合式步進電動機任意步距角運行的驅動器的實現方式，其特征在于通過對環分部分的給定電流波形及計數器進行特殊設計，使得轉子轉過一個步距角范圍內通電狀態數可以不為整數，在轉子轉過若干個齒距角范圍內通電狀態數為整數就可以。
2.根據權利要求1所述的實現方式，其特征在于給定電流波形為相差90°電角度的二相正弦階梯波，在轉子轉過一個齒距角范圍內，電流波形的階梯數可以不為整數，在轉子轉過若干個齒距角范圍內為整數即可。
3.根據權利要求2所述的實現方式，其特征在于二相電流的相對值波形為iA=2sin(K2θbe+Φ0)]]>iB=2cos(K2θbe+Φ0),(K2=0,1,2,3,4.....N′1-1)]]>θbe為設定的步距角(電角度)；
4.根據權利要求3所述的實現方式，其特征在于給定電流波形的初相角不為零。
5.一種二相混合式步進電動機任意步距角運行的驅動器，由N進制可逆計數器、構成，其特征在于N進制可逆計數器的計數長度N設定為新通電狀態數(N1‘)的整數倍。
6.根據權利要求5所述的驅動器，其特征在于計數長度N設定為
全文摘要
在一個由N進制可逆計數器、給定電流發生器、D/A轉換器、電流檢測、電流控制器、前級驅動、功放橋等構成的二相混合式步進電動機構成的步進電動機驅動系統內,通過對環分部分的給定電流波形及計數器進行特殊設計,轉子轉過一個齒距角范圍內通電狀態數可以不為整數,這時讓轉子轉過若干個齒距角范圍內通電狀態數才為整數。本發明構思新穎,便于從整機系統的角度選擇最佳或最希望的步距角,使整機系統的設計更靈活和方便。
文檔編號H02K37/00GK1242644SQ9811329
公開日2000年1月26日 申請日期1998年7月22日 優先權日1998年7月22日
發明者盧道英, 程智, 王宗培 申請人:盧道英