CN206237342U - 一种步进电机控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种步进电机控制器(20)，包括第一稳压器(23)、第二稳压器(24)、固定频率脉冲发生器(25)、与门(26)、第一电压比较器(27)、第二电压比较器(28)；第一稳压器(23)和第二稳压器(24)对输入电压信号u_x(19)进行调制，为控制器、驱动器和步进电机供电，固定频率脉冲发生器(25)产生脉冲信号CP₀，与门(26)接入脉冲信号CP₀和输入电压信号u_x(19)，输出脉冲信号CP，第一电压比较器(27)和第二电压比较器(28)识别输入信号u_x(19)电压的高低，输出端接驱动器(21)；当输入高压直流电压信号U_H时，步进电机正转，活塞升程增大，从而增大压缩比，当输入低压直流电压信号U_L时，步进电机反转，活塞升程减小，从而降低压缩比，当输入0V的电压信号时，步进电机不工作，压缩比不变。

Description

一种步进电机控制器

技术领域

本实用新型涉及一种步进电机控制器，尤其是用于可变升程压缩比活塞的步进电机控制器。

背景技术

可变压缩比发动机就是通过控制手段，实时的改变发动机的压缩比，使得发动机在中低负荷情况下，采用高的压缩比来提高发动机的热效率和燃油经济性；在高负荷的情况下采用低的压缩比防止爆震的产生。其中一种方式是通过调节活塞的升程，来改变发动机的压缩比。该可变升程压缩比活塞通过步进电机来改变升程，步进电机正转时，活塞升程增大，发动机压缩比增大，步进电机反转时，活塞升程减小，发动机压缩比减小，步进电机不工作时，发动机压缩比不变，而这种可变升程压缩比活塞的控制方式目前处于空白状态。步进电机的控制一般需要有电源线、信号线、地线三根线路，而活塞处于发动机内部，工作过程中作高速的往返直线运动，驱动活塞的步进电机处于活塞内部，与活塞一起运动，如果采用普通的线路连接方式，引线至少需要三根线路，一端固定，一端运动，可靠性差，而且如何布置是一个很大的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种步进电机控制器，用于控制可变升程压缩比活塞工作，从而达到调节发动机压缩比的目的。这种步进电机控制器简化了供电线路，控制方式简单，能够实现发动机压缩比的连续可变。

为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的：

本实用新型的步进电机控制器，包括第一稳压器、第二稳压器、固定频率脉冲发生器、与门、第一电压比较器、第二电压比较器，其特征在于：

所述的步进电机控制器、驱动器、步进电机封装在一起，安装在内套内部；

所述的步进电机控制器的输入电压信号u_x由导线接入第一电刷，然后通过环形石墨槽、曲轴石墨布置线路、第二电刷、连杆石墨布置线路、第三电刷、活塞内部石墨布置线路、活塞内部导线进行传递，由活塞内部导线接到步进电机控制器上，负极接到发动机的金属机体上；

所述的第一稳压器和第二稳压器的输入端接输入电压信号u_x，第一稳压器的输出端接到第一电压比较器和第二电压比较器反相端的电路中，第二稳压器接入到控制器和驱动器所用到的芯片的电源接口上；

所述的与门的输入端分别接入固定频率脉冲发生器的输出端和输入电压信号u_x，输出端接驱动器的脉冲信号接口；

所述的第一电压比较器和第二电压比较器的同相端接输入电压信号u_x，第一电压比较器的输出端DIR接驱动器的转向控制接口，第二电压比较器的输出端EN接驱动器的使能接口。

步进电机控制器，其特征在于，所述的第一稳压器的输出电压Us为第一电压比较器和第二电压比较器的反相端提供电源电压，同时为步进电机供电，第二稳压器的输出电压Vcc为控制器芯片和驱动器芯片供电。

步进电机控制器，其特征在于，所述的固定频率脉冲发生器输出的脉冲频率与步进电机驱动器需求相匹配。

步进电机控制器，其特征在于，所述的第一电压比较器反相端的电压低于高压直流电压U_H，高于低压直流电压U_L；第二电压比较器反相端的电压低于低压直流电压U_L，高于0V。

与现有技术相比本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型所述的步进电机控制器连同驱动器和步进电机封装在一起，安装在活塞内部，步进电机的电源线和信号线合为一体且电路负极接到发动机金属机体上，因此简化了供电线路，只需要在曲轴、连杆和活塞上布置一条石墨供电线路即可。

2.本实用新型所述的步进电机控制器所形成的控制方式较为简便，一方面利用输入电压信号解决供电问题，另一方面通过输入信号电压的高低和持续时间的长短来实现发动机压缩比的连续可变。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

图1是本实用新型所述的步进电机控制器所涉及的曲轴连杆活塞整体示意图；

图2是图1中E处的放大图；

图3是图1中F处的放大图；

图4是本实用新型所述的步进电机控制器所涉及的活塞主视图上的全剖视图；

图5是本实用新型所述的步进电机控制器所构成的控制方式的整体流程图；

图6是本实用新型所述的步进电机控制器内部电路的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细的描述：

参阅图1，本实用新型所述的步进电机控制器所涉及的曲轴、连杆和活塞机构包括曲轴1、环形石墨槽2、曲轴石墨布置线路3、第一电刷4、第二电刷5、连杆6、连杆石墨布置线路7、第三电刷8、活塞内部石墨布置线路9、电机座10、活塞内部导线11、步进电机定子12、活塞13、步进电机转子14、塞体下部15、导向板16、内套17、塞体上部18。

参阅图1，本实用新型所述的步进电机控制器的供电线路是通过在曲轴、连杆和活塞上挖槽布置一条石墨线路完成的，石墨线路和曲轴、连杆及活塞之间是绝缘的。

参阅图1、图2、图3与图5，本实用新型所述的步进电机控制器所涉及的供电线路一共有三处用到电刷。第一电刷4固定在曲轴箱机体上同曲轴前端环形石墨槽2紧密接触，第二电刷5固定在曲轴上同连杆大头的石墨线路紧密接触，第三电刷8固定在塞体下部15上同连杆小头上的石墨线路紧密接触。输入电压信号u_x19由导线接入第一电刷4，通过环形石墨槽2、曲轴石墨布置线路3、第二电刷5、连杆石墨布置线路7、第三电刷8、活塞内部石墨布置线路9、活塞内部导线11接入到本实用新型所述的步进电机控制器上，利用发动机金属机体作为电路的负极。

参阅图1与图4，电机座10为圆盘类结构件，电机座10的底面上均匀地分布(铸)有一至八个结构相同的圆台形凸台，一至八结构相同的圆台形凸台和活塞体下部15上对应结构相同的圆台形凹坑相配装(对正)，由于活塞体下部15上的结构相同的圆台形凹坑限制了电机座10水平面内的转动，电机座10的底面和活塞体下部15设置的一至八结构相同的圆台形凹坑的圆环底面接触连接，限制了电机座10向下窜动；电机座10的顶端面与内套17的底面接触连接因而限制了电机座10向上窜动，从而将电机座10固定在活塞体下部15上。

参阅图1与图4，电机座10的顶端面的中心处设置有用于安装电机定子12的圆环体，圆环体、一至八结构相同的圆台形凸台所分布的圆周与电机座10的回转轴线共线；电机定子12安装在圆环体内为固定连接，不能平面移动，电机定子12的底端面与圆环体内的电机座10接触连接，使电机定子12不能向下窜动，电机转子14装入电机定子12的中心孔中，内套17套装在电机转子14与电机定子12的周围，并且内套17上的花键孔与电机转子14一(顶)端的花键轴配装，内套17中心孔的内底面与电机转子14的轴肩顶端面接触连接，电机转子14的轴肩的底面与电机定子12的顶端面接触连接，防止电机转子14与电机定子12向上窜动，使电机固定于电机座10上。

参阅图1与图4，活塞体上部18通过活塞体下部15上的导向板16成滑动连接，从而将活塞体上部18约束在沿活塞轴线方向的上下移动。

参阅图1与图4，内套17顶部的中心处设置有花键孔，内套17外壁上设置有外螺纹，螺纹的形状为三角形或梯形，内套17外壁上的外螺纹与活塞体上部18的内螺纹相配合。

参阅图1与图5，电机为永磁式步进电机或混合式步进电机，并能实现正反转，步进电机控制器20、驱动器21、步进电机封装在一起，安装在内套17内部。

参阅图5，本实用新型所述的步进电机控制器的输入电压信号u_x19由ECU控制，共有三种电压范围:高压直流电压U_H、低压直流电压U_L和0V，高压直流电压U_H的电压范围为12-15V，低压直流电压U_L的电压范围为6-10V。

参阅图6，本实用新型所述的步进电机控制器包括第一稳压器23、第二稳压器24、固定频率脉冲发生器25、与门26、第一电压比较器27、第二电压比较器28。

参阅图5与图6,本实用新型所述的步进电机控制器通过第一稳压器23和第二稳压器24将输入电压信号u_x19依次调制为Us和Vcc。Us为第一电压比较器27、第二电压比较器28的反相端和步进电机提供电源电压，Vcc为控制器芯片和驱动器芯片提供电源电压。

参阅图5与图6，本实用新型所述的步进电机控制器通过固定频率脉冲发生器25生成一个固定频率脉冲信号CP₀，CP₀和输入电压信号u_x19接入与门26，与门26输出脉冲信号CP，接到驱动器21的脉冲信号接口上。

参阅图5、图6，本实用新型所述的步进电机控制器所采用的第一电压比较器27的反相端接入的电压高于低压直流电压U_L，低于高压直流电压U_H，同相端接输入电压信号u_x19，第二电压比较器28的反相端接入的电压低于低压直流电压U_L，高于0V,同相端接输入电压信号u_x19。第一电压比较器27的输出端DIR接驱动器21的转向控制接口，第二电压比较器28的输出端EN接驱动器21的使能接口。

参阅图1、图5与图6，本实用新型所述的步进电机控制器所接的驱动器21根据控制器20的输出信号驱动步进电机工作。当第一电压比较器27输出高电平时，步进电机正转，当第一电压比较器27输出低电平时，步进电机反转；当第二电压比较器28输出高电平时，步进电机启动，当第二电压比较器28输出低电平时，步进电机脱机，步进电机的角度位移和旋转速度由脉冲信号CP控制。

步进电机控制器的工作原理：

参阅图1、图5与图6，当发动机需要高压缩比时，输入高压直流电压U_H，第一电压比较器27和第二电压比较器28同时输出高电平，与门26输出脉冲信号CP，此时步进电机正转，电机转子14通过花键轴带动内套17转动，内套17通过螺纹的连接作用并在活塞体下部15的导向板16的约束下带动活塞体上部18向上运动，使活塞的升程增大，进一步通过输入电压信号u_x19持续时间的长短来控制活塞升程增加量的大小，从而精确地增大发动机的压缩比。

需要低压缩比时，输入低压直流电压信号U_L，第一电压比较器27输出低电平，第二电压比较器28输出高电平，与门26输出脉冲信号CP，此时步进电机反转，电机转子14通过花键轴带动内套17转动，内套17通过螺纹的连接作用并在活塞体下部15的导向板16的约束下带动活塞体上部18向下运动，使活塞升程减小，进一步通过输入电压信号u_x19持续时间的长短来控制活塞升程减小量的大小，从而精确地降低发动机的压缩比。

当发动机不需要改变压缩比时，输入0V的直流电压信号，此时步进电机不工作，发动机的压缩比不变。

Claims (4)

1.一种步进电机控制器(20)，包括第一稳压器(23)、第二稳压器(24)、固定频率脉冲发生器(25)、与门(26)、第一电压比较器(27)、第二电压比较器(28)，其特征在于：

所述的步进电机控制器(20)、驱动器(21)、步进电机封装在一起，安装在内套(17)内部；

所述的步进电机控制器(20)的输入电压信号u_x(19)由导线接入第一电刷(4)，然后通过环形石墨槽(2)、曲轴石墨布置线路(3)、第二电刷(5)、连杆石墨布置线路(7)、第三电刷(8)、活塞内部石墨布置线路(9)、活塞内部导线(11)进行传递，由活塞内部导线(11)接到步进电机控制器(20)上，负极接到发动机的金属机体上；

所述的第一稳压器(23)和第二稳压器(24)的输入端接输入电压信号u_x(19)，第一稳压器(23)的输出端接到第一电压比较器(27)和第二电压比较器(28)反相端的电路中，第二稳压器(24)接入到控制器(20)和驱动器(21)所用到的芯片的电源接口上；

所述的与门(26)的输入端分别接入固定频率脉冲发生器(25)的输出端和输入电压信号u_x(19)，输出端接驱动器(21)的脉冲信号接口；

所述的第一电压比较器(27)和第二电压比较器(28)的同相端接输入电压信号u_x(19)，第一电压比较器(27)的输出端DIR接驱动器(21)的转向控制接口，第二电压比较器(28)的输出端EN接驱动器(21)的使能接口。

2.按照权利要求1所述的步进电机控制器(20)，其特征在于，所述的第一稳压器(23)输出电压Us为第一电压比较器(27)和第二电压比较器(28)的反相端提供电源电压，同时为步进电机供电，第二稳压器(24)输出电压Vcc为控制器芯片和驱动器芯片供电。

3.按照权利要求1所述的步进电机控制器(20)，其特征在于，所述的固定频率脉冲发生器(25)输出的脉冲频率与步进电机驱动器(21)需求相匹配。

4.按照权利要求1所述的步进电机控制器(20)，其特征在于，所述的第一电压比较器(27)反相端的电压低于高压直流电压U_H，高于低压直流电压U_L；第二电压比较器(28)的反相端的电压低于低压直流电压U_L，高于0V。