专利名称：单相步进电机双向控制电路及应用的制作方法
技术领域：
本实用新型属于单相永磁式步进电机控制技术领域，涉及单相永磁式步进电机双向控制电路及在产品中的应用。
单相永磁式步进电机是一种结构简单、输出功率较小的步进电动机，目前主要用于计时钟表、继电器、机电计数器等零部件产品中。这种电动机的结构形式很多，但主要特点是只有一套绕组，且无换向器，电动机的运转是靠驱动信号的极性交替实现的，它既不能象直流电机那样用变换绕组线圈接头的方法，也不能象多相步进电机那样用变换绕组时序的方法控制运转方向。在本实用新型以前的现有技术中，没有发现专门的单相永磁式步进电机的双向控制技术，仅在某些产品中公开了近似的技术方案，如ZL92239336号专利中公开了一种“钟用双方向运转永磁步进电机”的结构，将定子分为三片，其中一片为公用片，并在其余两片与公用片之间，安装两个线圈，组成两个磁回路，通过施加正反脉冲信号，实现转子的正、反双向运转，这种技术相当于对步进电机进行了重新设计，不仅需要增加生产成本，而且也不能改变已有步进电机的使用状况。又如ZL87216823号专利中公开了一种“电拨石英钟”技术，该技术除需使用特殊的步进、直流两用电机外，还需要附加机械倒拨钟制动装置，这种技术使得原本简单的结构变得复杂化，使性能价格比变坏，不易推广使用。
针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于，无需改变原单相永磁式进电机的任何结构，仅用非常简单的控制电路，即可实现对其运转的双向控制，使结构简单、造价低廉的单相步进电机发挥更大的作用，并使已有用单相步进电机作为驱动力的有关产品使用更方便，调控更简单。
现将本实用新型技术解决方案叙述如下在单相永磁式步进电机的不对称磁隙中，转子的磁极中心线在静态时偏离定子磁极中心线一个非直角角度，从而可用双极性窄脉冲信号驱动步进电机转动。通过实验研究发现，在驱动电压足够大的情况下，适当变化驱动脉冲的宽度，则可达到使单相永磁式步进电机双向运行的目的当宽度为某值时，电机正向转动；当变窄或变宽到某合适宽度时，电机反向转动。由于窄脉冲功耗较小，故实用中改变方向时以将脉冲变窄为宜。为此，本实用新型设计了单相永磁式步进电机的双向控制电路，具有步进脉冲发生电路或数字脉冲发生电路或单片机控制电路，其特征在于在步进脉冲发生电路上附加脉冲宽度调整器和双刀双掷开关(见图1)或在数字脉冲发生电路中接开关或在计算机如单片微型计算机控制电路上接开关；若原产品采用步进脉冲发生电路，则可在电路的两输出端并接脉冲宽度调整器(见图2)；脉冲宽度调整器可采用双输入单稳态电路如74121或74122模块，模块的Re、Ce端接起定时作用的阻容元件R、C，A1、A2端分别接脉冲发生电路的输出线P00、P10，并各与或非门U2A、U2B的一脚相并接，Q端接或非门U2A、U2B的另一脚；步进电机的两接线端接双刀双掷开关的活动接点；脉冲发生电路的两输出端P01、P11同时接双刀双掷开关的常闭接点；脉冲宽度调整器的两输出端同时接双刀双掷开关的常开接点。若原产品采用数字脉冲发生电路，则可在数字直接译码型脉冲发生电路的二进制分频器U2A的Q9端和与非门U3、U4的输入端之间接开关S1(见图3)。
若原产品采用单片机控制电路如Z86E08型或具有相同功能的单片机，则可在Z86E08的输入端P31接运转方向选择开关S和上拉电阻R，开关S的另一端接地，电阻R的另一端接Vcc；P20、P21端接步进电机，P22-P27端可实施对多路步进电机的控制(见图4)。
作为本实用新型的最佳实施例，可以用量大、面广的装有单相永磁式步进电机的石英钟为例，尤其是安装在宾馆、机场、车站、码头的世界多时区时钟，由于调整繁琐，走时同步性差，不易操作而使大多数多时区时钟形同虚设。本实用新型的多时区时钟由于使用了可使单相步进电机双向运转的控制电路和遥控技术而使多时区时钟增添了更多的实际意义，该石英钟具有单片机控制电路、节电模式控制电路、电子开关，还可附加调整键盘、遥控发射与接收器；单片机的多路驱动端口同时接多路石英钟的单相步进电机，每路步进电机可并联高通滤波器和发光二极管以指示工作状态。
现将
如下图1单相永磁式步进电机双向控制电路原理框图图2模拟式脉冲宽度调整器电路图图3直接译码型数字式双向步进脉冲发生器电路图图4单片机双向控制电路图图5双向控制多时区时钟电路原理框图图1中步进脉冲产生电路产生可以使步进电机正向运转的交错负脉冲信号P00、P10，同时加到双刀双掷开关K的常闭接点和脉冲调整器的输入端，其输出端接K的常开接点，当脉冲调整到15.6mS或7.8mS时步进电机即可正反任意运转。
图2中将一对定时元件电阻R、电容C接在双输入单稳态电路如74121或74122模块的Re、Ce脚，A1、A2脚为单稳态触发脉冲输入脚，Q为输出脚，74121同时处理两路信号，单稳态输出的是任一负脉冲的窄脉冲信号，再与负脉冲相或，则得到需要的窄脉冲。
图3中该电路的虚线框中的电路基本上就是石英钟的原有电路，在数字直接译码型脉冲发生电路的二进制分频器U2A的Q9端和与非门U3、U4的输入端之间接开关S1，U3输出信号的频率与变化最慢的脉冲输入的频率相同，当S1开路时，Q9不起作用，脉冲宽度为15.6mS；当S闭合时，Q9使脉冲宽度缩窄为7.8mS。
图4中使用单片机双向控制电路的外围电路简单，脉宽调整方便，适应性强，走时更加精确。产品采用单片机控制电路如Z86E08或具有相同功能的单片机，则可在Z86E08的P31端接开关S和电阻R，开关S的另一端接地，电阻R的另一端接Vcc；P20、P21端接步进电机，P22-P27端可实施对多路步进电机的控制。
图5中单片机是多时区时钟的控制核心，多个石英钟的单相步进电机直接接到单片机的I/O口，通过软件编程实现BTL驱动。
为了方便调整各时钟同时减少各时钟的连线，在步进电机的两端接有由高通滤波器和发光二极管组成的工作状态指示电路。
本实用新型的几种双向控制电路各具特色，在单相绕组的步进电机中均可应用。进而可扩大应用到继电器、计数器、电度表、磁卡电话机等需双向运转的多种产品中。
权利要求1.单相永磁式步进电机双向运转控制电路，具有步进脉冲发生电路或数字脉冲发生电路或计算机控制电路，其特征在于用不同宽度的脉冲控制电机的运动方向，在步进脉冲发生电路上附加脉冲宽度调整器和双刀双掷开关或在数字脉冲发生电路中接开关或在计算机控制电路上接开关。
2.根据权利要求1所述的单相永磁式步进电机双向运转控制电路，具有模拟单稳脉冲宽度控制电路，其特征在于在步进脉冲发生电路的两输出端并接脉冲宽度调整器；脉冲宽度调整器可采用双输入单稳态电路如74121或74122模块，模块的Re、Ce端接起定时作用的阻容元件R、C，A1、A2端分别接脉冲发生电路的输出线P00、P10，并各与或非门U2A、U2B的一脚相并接，Q端接或非门U2A、U2B的另一脚；步进电机的两接线端接双刀双掷开关的活动接点；脉冲发生电路的两输出端同时接双刀双掷开关的常闭接点；脉冲宽度调整器的两输出端P01、P11接双刀双掷开关的常开接点。
3.根据权利要求1所述的单相永磁式步进电机双向运转控制电路，具有数字脉冲发生电路，其特征在于在数字直接译码型脉冲发生电路的二进制分频器U2A的Q9端和与非门U3、U4的输入端之间接开关S1。
4.根据权利要求1所述的单相永磁式步进电机双向运转控制电路，具有计算机控制电路，其特征在于计算机控制电路可采用Z86E08或具有类似功能的单片机；在Z86E08的P31端接有开关S和电阻R，开关S的另一端接地，电阻R的另一端接Vcc；P20、P21端接步进电机，P22-P27端可实施对多路步进电机的控制。
5.一种应用权利要求1所述的单相永磁式步进电机双向运转控制电路而设计的易调控多时区时钟，其特征在于具有单片机控制电路、节电模式控制电路、电子开关，还可附加调整键盘、遥控发射与接收器；单片机的多路驱动端口同时接多路石英钟的单相步进电机，每路步进电机可并联高通滤波器和发光二极管状态指示电路。
专利摘要本实用新型属于单相永磁式步进电机控制技术领域,涉及几种类型的单相永磁式步进电机双向运转控制电路及在产品中的应用。特征是在步进脉冲发生电路上附加脉冲宽度调整器和双刀双掷开关或在数字脉冲发生电路中接开关或在单片机控制电路上接开关,几种双向控制电路各具特色,可应用到石英钟、电度表、磁卡电话机等需双向运转电机的多种产品中。
文档编号H02P8/20GK2425454SQ9925514
公开日2001年3月28日 申请日期1999年11月29日 优先权日1999年11月29日
发明者李正生, 王国华 申请人:中国人民解放军第二炮兵工程学院技术开发中心