HU192093B

HU192093B - Method and electric circuit for damping operation noise of stepping drives

Info

Publication number: HU192093B
Application number: HU468584A
Authority: HU
Inventors: Juergen Kurz; Hans-Joergen Braune; Rolf Steffens
Original assignee: Weinert E Messgeraetewerk
Priority date: 1983-12-30
Filing date: 1984-12-14
Publication date: 1987-05-28
Also published as: DE3439925C2; DE3439925A1; HUT37308A

Abstract

The method and the arrangement for damping running noise in the case of stepping drives having a downstream transmission, the stepping drive consisting of a stepping motor, driver stages and a pulse distributor, is characterised in that the slackness of the transmission is overcome at the same time in addition to suppressing the rotor oscillations of the stepping motor. This is realised in that the operating voltage of the stepping motor is reduced after a step has been carried out, in such a manner that the motor torque becomes less than the friction torque of the friction load, the next step being started at the same time, even though said step cannot be carried out. The reduced motor torque results only in all the slackness being rotated out of the transmission. The motor voltage is increased to the value of the operating voltage again in order to carry out the next step.

Description

A találmány tárgya eljárás és elrendezés hajtóművön keresztül terheléssel összekapcsolt léptetőhajtások üzemi zajának csillapítására, amely főleg olyan helyeken alkalmazható előnyösen, ahol léptetőmotor fogaskerekeken keresztül terhelést hajt, és viszonylag zajmentes üzemeltetés szükséges.The present invention relates to a method and arrangement for damping the operating noise of stepped actuators connected via a load, which is particularly useful in places where the stepper motor drives a gear and requires relatively noiseless operation.

A léptetőhajtással összekapcsolt hajtóműveknél szükségszerűen fellép üzemi zaj, amelyet egyrészt a léptetőmotor rotoringadozásai, másrészt a hozzákapcsolt hajtómű elemei okoznak. Az üzemi zaj csökkentésére szolgáló ismert megoldások főleg olyan mechanikus és/vagy elektronikus eljárások, illetve berendezések, amelyek a léptetőmotor rotoringadozásainak csökkentésére irányulnak. Ezek a megoldások azonban nem alkalmasak a léptetőmotor forgórésze és a terhelés közötti hajtóműrészek által okozott zajok csillapítására.In the case of gear units coupled to a stepper drive, operating noise is necessarily caused by the rotor oscillations of the stepper motor and the components of the gear unit connected to it. Known solutions for reducing operating noise are mainly mechanical and / or electronic methods or devices for reducing rotor oscillations of the stepper motor. However, these solutions are not suitable for attenuating the noise caused by the stepper motor rotor and the load actuator parts.

A léptetőmotor rotoringadozásainak elnyomására iráryuló mechanikus eljárások közül a 1763688 számú NSZK-beli közrebocsátási iratban közölt megoldás például lengésamplitudófüggő fékezést, a 42912 számú európai szabadalmi bejelentésben ismertetett megoldás pedig súrlódóelemmel történő csillapítást alkalmaz.Among the mechanical methods for suppressing the rotor oscillations of a stepper motor, the solution disclosed in German Patent Application Publication No. 1763688 uses, for example, vibration amplitude-dependent braking and the solution disclosed in European Patent Application 42912 uses frictional damping.

A léptetőmotor rotoringadozásainak csökkentésére irányuló elektronikus eljárás például a 2042903 számú NSZK-beli közrebocsátási iratban ismertetett megoldás, amely szerint η—1 léptetés után az n-edik, vagyis utolsó léptetés pontosan akkor lesz végrehajtva, amikor a léptetőmotor forgórésze a fellépő maximális túllengés helyzetében van. Ez az eljárás csak akkor alkalmazható, ha a végrehajtandó léptetések száma ismert és a terhelés súrlódónyomatéka kicsi.An electronic method for reducing pitch rotation oscillations is, for example, the solution disclosed in German Patent Publication No. 2042903, wherein after step η-1, the nth, i.e. final step, is executed exactly when the pitch of the stepper motor is in its maximum overshoot position. This method is only applicable if the number of steps to be performed is known and the load friction torque is low.

További elektronikus megoldást ismerhetünk meg a 2128347 számú NSZK-beli közrebocsátási iratból, amely szerint a léptetés végrehajtása közben, mintegy 3/4 léptetés! hossz után a léptetőmotor tekercseit rövid ideig gerjesztik, e forgórész és a terhelés kinetikus energiájának csökkentése céljából. A megoldás hiányossága, hogy az elektronikus kapcsolások megvalósítása viszonylag magas ráfordítást igényel.A further electronic solution can be found in German Patent Publication No. 2128347, which states that during the execution of the step, about 3/4 step! after the length, the stepper motor windings are excited for a short time to reduce the kinetic energy of this rotor and the load. The disadvantage of this solution is that the implementation of electronic circuits requires relatively high expenditure.

A 4035708 számú USA szabadalmi leírásban olyan léptetőmotor-vezérlést ismertetnek, amelynél a motor átlagos teljesítményveszteségének csökkentése érdekében a motor álló helyzetében lecsökkenek a motortekercsek áramát annak névleges értékéről egy lényegesen kisebb tartóértékre. A névleges üzemi feszültség kapcsolótranzisztoron, a lecsökkenteti tartó feszültség pedig diódán keresztül kerül a léptetőmotor tekercséhez csatlakozó meghajtófokozatra, amely impulzusosztóval van összekapcsolva. A berendezésnek továbbá monostabil multivibrátora van, amely a léptetőmotorral és az impulzusosztóval van összekötve.U.S. Pat. The rated operating voltage is applied via a switching transistor and the drive holding voltage via a diode to the drive stage connected to the stepper motor winding, which is coupled to a pulse splitter. The apparatus further comprises a monostable multivibrator coupled to the stepper motor and the pulse divider.

A megoldás célkitűzése főleg a teljesftményveszteség csökkentése. Ennek elérése céljából a forgórész tartófázisában a motoráramot lecsökkentik, úgy, hogy a forgórész a léptetés végén felvett helyzetében rögzítve lesz. Ezzel a megoldással azonban a hajtómű üzemi zajának csillapítása nem érhető el.The goal of the solution is mainly to reduce the overall power loss. To achieve this, the motor current in the rotor support phase is reduced so that the rotor is locked in position at the end of the step. However, this solution does not provide the actuator noise reduction.

A találmánnyal célunk léptető haj tások és a velük összekapcsolt hajtómű üzemi zajának csökkentésére alkalmas eljárás kidolgozása külön mechanikai ráfordítások nélkül, egyszerű elektronikus kapcsolás segítségével.It is an object of the present invention to provide a method for reducing the operating noise of stepping motors and the gear unit coupled thereto, without the use of any mechanical effort, by simple electronic switching.

A kitűzött feladatot azáltal oldottuk meg, hogy hajtóművön keresztül terheléssel összekapcsolt léptetőhajtásoknál egy léptetés befejezése után a léptetőmotor üzemi feszültségét olyan feszültségre csökkentjük, amelynél a léptetőmotor nyomatéke a terhelés súrlódónyomatékánál kisebb. A találmány szerint az üzemi feszültség lecsökkentésével gyidőben a léptetőmotort impulzusosztón keresztül úgy vezéreljük, hogy a következő léptetés megkezdődjön, anélkül azonban hogy a léptetést végrehajtanánk. A lecsökkentett léptatőmotor-nyomaték következtében ugyanis a léptetőmotor forgórésze a következő léptetés irányában csak addig fordul el, amíg a léptetőhajtás forgatónyomatéka a súrlódó terhelés ellenében dolgozni tud. A zajcsillapító hatást tehát a találmány szerint éppen azáltal érjük el, hogy az üzemi feszültség lecsökkentésével a forgórészt nem állítjuk meg, hanem megfelelő vezérléssel a következő léptetési ciklust azonnal megindítjuk.The object is solved by reducing the operating voltage of the stepper motor to a voltage at which the stepper motor torque is less than the frictional torque of the load in the case of stepper drives connected via a gear under load. According to the invention, by reducing the operating voltage, the stepper motor is controlled via a pulse divider in time so that the next step is started without performing the stepping. Because of the reduced stepper motor torque, the rotor of the stepper motor rotates in the direction of the next step only until the torque of the stepper motor can work against the frictional load. Thus, according to the invention, the noise reduction effect is achieved by not stopping the rotor by reducing the operating voltage, but by immediately initiating the next step cycle by proper control.

A következő léptetés végrehajtásához a léptetó'motorra kapcsolt feszültséget újra az üzemi feszültség értékére kell növelni. Az üzemi feszültség tartamának időkonstansát úgy kell megválasztani, hogy a léptetés teljes egészében végbemenjen. A léptetés befejezése után a léptetőmotorra kapcsolt üzemi feszültség lecsökkentésével egyidejűleg a következő léptetés megindítására irányuló vezérlést adunk, ennek következtében a fellépő súrlódónyomaték egyszersmind a rotor ingad ozások elnyomására szolgáló mechanikus csillapításként szolgál, mivel a rotor az állórész mágneses erőhatása következtében a súrlódóterhelés ellen hat.To perform the next step, the voltage applied to the stepper motor must be increased again to the operating voltage value. The time constant of the operating voltage duration shall be chosen such that the stepping is completed in its entirety. Upon completion of the stepping, control of the next step is initiated by reducing the operating voltage coupled to the stepper motor, and consequently the resulting frictional torque acts as a mechanical damping mechanism to suppress rotor oscillations, since the rotor is a stator.

A találmány szerinti eljárás foganatosítására szolgáló elrendezésben a motorvezérlés ütemjelbemenete monostabil billenőfokozat vezérlőbemenetére csatlakozik, a monostabil billenőfokozat kimenete pedig kapcsolótranzisztorral és impulzusosztóval van összekötve, ahol a kapcsolótranzisztorra léptetőmotor üzemi feszültségét, a kapcsolótranzisztorral összekötött diódára pedig alacsonyabb feszültséget kapcsolunk, továbbá a kapcsolótranzisztor és a dióda közös pontjára, valamint az impulzusosztóra meghajtófokozatokat csatlakoztatunk, amelyek kimenetei a léptetőmotor motortekercseivel vannak összekötve, A hajtóműre a szükséges súrlódó terhelés biztosítására a találmány szerint kiegészítő súrlódóterhelést kapcsolunk.In the embodiment of the method according to the invention, the motor control step signal input is connected to the control input of a monostable tilt stage and the output of the monostable tilt stage is connected to a switch transistor and a pulse splitter, and drive pulses are connected to the pulse splitter, the outputs of which are connected to the stepper motor motor coils. According to the present invention, an additional friction load is applied to provide the required frictional load.

A léptetőmotorra kapcsolt üzemi feszültség időtartamát a monostabil billenőfokozat időállandója határozza meg. Ez az az időtartam, mialatt a léptetőmotor egy léptetést végrehajt. A léptetés végrehajtása után a léptetőmotorra a diódán lévő alacsonyabb feszültség kerül. A léptetőmotor ugyanakkor az impulzusosztón és a meghajtófokozatokon keresztül úgy lesz vezérelve, hogy a következő léptetés azonnal megkezdődjön.The duration of the operating voltage connected to the stepper motor is determined by the time constant of the monostable tilt stage. This is the amount of time the stepper motor performs one step. After stepping, the stepper motor receives the lower voltage on the diode. However, the stepper motor will be controlled through the pulse divider and drive steps so that the next step will begin immediately.

Mivel a motornyomaték a terheléssúrlódónyomatékánál kisebb, a részek a hajtóműből átfordulnak, anélkül, hogy a léptetés végbemenne. A monostabil billenőfokozat következő átbillenésekor a léptetőmotorra újabb üzemi feszültség kerül, aminek hatására a megindított léptetés most már lejátszódik.Because the engine torque is less than the load-friction torque, the parts turn over from the gearbox without stepping. The next overturning of the monostable tilt gear will cause the stepper motor to receive additional operating voltage, which will now trigger the stepping action.

A találmányt részletesebben a rajz alapján ismertetjük. A rajzon:The invention will be described in more detail with reference to the drawing. In the drawing:

az 1. ábrán a találmány szerinti eljárás foganatosítására alkalmas elrendezés példakénti kiviteli alakjának blokkvázlatát tüntettük fel.Figure 1 is a block diagram of an exemplary embodiment of an arrangement according to the invention.

Amint a rajzból kitűnik 8 hajtóművön keresztül 9 terheléssel összekapcsolt léptetőhajtás 7 léptetőmotorból, 6 meghajtófokozatokból és 3 impulzusosztóból épül fel. A léptetőhajtás 1 ütemjelbemenetén keresztül monostabil 2 billenőfokozat van vezérelve, amelynek kimenete 3 ímpulzusosztóval és 4 kapcsolótranzisztor és a 6 meghajtófokozatok közös pontjáraAs shown in the drawing, a stepper drive coupled to a load 9 via a gearbox 8 is comprised of a stepper motor 7, a gear stage 6 and a pulse divider 3. The monostable tilt gear 2 is controlled via the step input 1 of the stepper drive, the output of which is at the common point of the pulse divider 3 and the switching transistor 4 and the drive stages 6.

192.093 dióda van kötve, amelynek bemenetére Uj feszültséget kapcsoltunk. A 4 kapcsolótranzisztorra a 7 léptetőmotor U_a üzemi feszültsége van kapcsolva. Az U₂üzemi feszültség a 7 léptetőmotoron ekkor hatásos, g amikor a monostabil 2 billenőfokozat átbillen, ennek hatására a 4 kapcsolótranzisztor kinyit és e4 kapcsolótranzisztorral összekötött 6 meghajtófokozatokon keresztül az U₂ üzemi feszültség a 7 léptetőmotor motortekercseire kerül. Mialatt az U₂ üzemi feszültség a léptetőmotorra van kapcsolva, a 7 léptetőmotor egy 10 léptetést végrehajt. A monostabil 2 billenőfokozat Időállandója által meghatározott időtartam eltelte után a 4 kapcsolótranzisztor zár és a 7 léptetőmotor motortekercseire az U₂ üzemi feszültségnél alacsonyabb U, feszültség kerül. Mivel az U₂ üzemi feszültségnél kisebb, a motornyomaték ezzel arányosan ugyancsak kisebb lesz. Ugyanakkor azonban a következő léptetési ciklus az Uj feszültség mellett megkezdődik, mivel a 3 impulzusosztón és a vele összekapcsolt 6 meghajtófokozatokon keresztül megfelelő kapcsolóimpulzust adunk. Az U_t feszültségértéketcélsze- «θ rűen úgy választjuk meg, hogy a motornyomaték a terhelés súrlódónyomatékánál kisebb legyen, elég legyen azonban ahhoz, hogy a 8 hajtómű részei átforduljanak. Kisebb súrlódónyomatékkal jellemzett léptetőhajtásoknál az eljárás foganatosítása érdekében szükség lehet a hajtómű után kiegészítő 10 surlódó- 25 terhelést kapcsolni. Ezáltal a motornyomaték megfelelő értéke biztosítható úgy, hogy a 8 hajtómű részei az alacsonyabb Uj feszültség által lecsökkenteti motornyomaték hatására a8 hajtóműből átfordulhatnak.192,093 diodes are connected to which input voltage Uj is applied. The switching transistor 4 is powered by _the operating voltage U of _the stepper motor 7. The operating voltage U _{2 on} the stepper motor 7 is effective when the monostable tilt gear 2 is overturned, causing the switching transistor 4 to open and the operating voltage U _{2 is} applied to the stepper motor 7 via the drive stages 6 connected to the switching transistor e4. While the operating voltage U _{2 is} applied to the stepper motor, stepper motor 7 performs a step 10. After a period of time determined by the time constant of the monostable tilt gear _2, the motor windings of the switching transistor 4 close and the stepper motor 7 receive a voltage lower than U operating voltage U ₂ . As the operating voltage is lower than U ₂ , the motor torque will also be proportionally lower. At the same time, however, the next step cycle begins at the voltage Uj, since a proper switching pulse is applied through the pulse divider 3 and the associated drive stages 6. The voltage value U _t is chosen so that the motor torque is less than the friction torque of the load, but sufficient to cause the parts of the gear unit 8 to turn over. For stepping drives with lower friction torque, it may be necessary to apply an additional frictional load 10 downstream of the gear unit in order to carry out the procedure. In this way, a suitable value of the motor torque can be provided, so that the parts of the gear unit 8 can turn from the gear unit 8 as a result of the lower motor torque reduced by the lower voltage Uj.

A 7 léptetőmotorra kapcsolt feszültség csökkentését azáltal oldjuk meg, hogy az 5 diódára, amely áteresz- 30 tő irányban a 4 kapcsoló tranzisztorral van összekötve, U) feszültséget kapcsolunk. A 4 kapcsolótranzisztor zárt állása esetén ezáltal az Uj feszültség a 8 meghajtófokozatokon keresztül a 7 léptetőmotor motortekercseire kerül. 'The voltage reduction of the stepper motor 7 is solved by applying a voltage U) to the diode 5, which is connected in a transverse direction to the switch transistor 4. When the switching transistor 4 is closed, the voltage Uj is thereby applied to the motor windings of the stepper motor 7 via the drive stages 8. '

Claims

PATENT CLAIMS

1. A method of attenuating the operating noise of a stepped drive actuator coupled to a load, wherein, after completing a step, the operating voltage of the stepper motor's stepper motor is reduced to a lower voltage by selecting the lower voltage (110m ) is less than the frictional torque of the load (9), and at the same time as the operating voltage (Ú0) is reduced, the stepper motor (7) is controlled via the pulse divider (3) so that the next step is started and the stepper step is applied to the next step. the operating voltage (U ₄ ) is increased and the duration of the operating voltage (U0) is selected so that the stepping is performed completely.

2. Layout the. The method of claim 1, having a monostable tilt stage connected to a stepper motor control signal input, the output of which is coupled to a switching transistor and a pulse divider, wherein the stepper motor has the operating voltage of the stepper motor and the diodes and the pulse splitter are connected to the stepper drive stages, the outputs of which are connected to the stepper motor windings, characterized in that an additional friction load (10) is applied behind the gear unit (8).