RU2322747C2 - Electric driver for producing of torque abd its control system - Google Patents

Electric driver for producing of torque abd its control system Download PDF

Info

Publication number
RU2322747C2
RU2322747C2 RU2005132856/09A RU2005132856A RU2322747C2 RU 2322747 C2 RU2322747 C2 RU 2322747C2 RU 2005132856/09 A RU2005132856/09 A RU 2005132856/09A RU 2005132856 A RU2005132856 A RU 2005132856A RU 2322747 C2 RU2322747 C2 RU 2322747C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output shaft
motor
additional
electric drive
stepper motor
Prior art date
Application number
RU2005132856/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005132856A (en
Inventor
Юрий Иванович Турбин (RU)
Юрий Иванович Турбин
Алексей Александрович Федосов (RU)
Алексей Александрович Федосов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority to RU2005132856/09A priority Critical patent/RU2322747C2/en
Publication of RU2005132856A publication Critical patent/RU2005132856A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2322747C2 publication Critical patent/RU2322747C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Stepping Motors (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering, applicable for imparting of a precision turn, rotary and oscillatory motions to various mechanisms within a wide range of angles and angular velocities.
SUBSTANCE: the electric drive has a step motor, whose shaft is coupled to the electric drive output shaft through a reduction gear. An additional motor is kinematically linked with the output shaft of the electric drive by a belt transmission, and the torque developed by it on the output shaft exceeds the friction torque on the output shaft, but it doesn't exceed the torque on the output shaft from the step motor. The electric drive control system has a DC voltage source, step motor with a stop motor control unit, additional motor with a selector switch of the direction of its rotation. The step motor control unit is provided with control outputs, and its input is connected to the DC voltage source. The additional motor is connected to an additional supply source via the selector switch of the direction of its rotation, and its control inputs are connected to the control outputs of the step motor.
EFFECT: expanded dynamic range of rotary speeds of the output shaft, enhanced reliability, precision of the rotary speed and provided a turn of the output shaft through the preset angle.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для сообщения прецизионного вращательного или колебательного движения различным механизмам, как при их штатном использовании, так и при испытаниях измерительных датчиков угла, угловых скоростей, линейных (центробежных) ускорений, при испытаниях и эксплуатации механизмов, используемых в народном хозяйстве, в тренажерах и т.д.The invention relates to mechanical engineering and can be used to communicate precision rotational or oscillatory motion to various mechanisms, both during their regular use, and when testing measuring angle sensors, angular velocities, linear (centrifugal) accelerations, during testing and operation of mechanisms used in folk household, in simulators, etc.

Известен электропривод для создания вращательного момента, содержащий размещенные в корпусе планетарный многоступенчатый редуктор с последовательным расположением ступеней, выходной вал в виде зубчатого колеса, связанный с водилом предыдущей ступени, сателлиты, приводной элемент и др. [1].Known electric drive to create torque, containing placed in the housing a multi-stage planetary gearbox with sequential arrangement of stages, the output shaft in the form of a gear wheel connected to the carrier of the previous stage, satellites, drive element, etc. [1].

Для управления электроприводом, если он выполнен на электродвигателях постоянного тока, в простейшем случае используются источник питания постоянного тока с заданным выходным напряжением и, при необходимости, реостат [2] либо иное устройство управления напряжением питания электродвигателя, например устройство с широтно-импульсной модуляцией. Для управления электродвигателем переменного тока по аналогии может быть использован регулируемый автотрансформатор.To control the electric drive, if it is made on DC motors, in the simplest case, a DC power source with a given output voltage and, if necessary, a rheostat [2] or another device for controlling the voltage of the electric motor, for example, a device with pulse-width modulation, are used. To control an AC electric motor, by analogy, an adjustable autotransformer can be used.

Недостатком таких электроприводов для создания вращательного момента является невысокий КПД, низкая точность скорости вращения выходного вала устройства, отсутствие возможности обеспечить поворот выходного вала на заданный угол, задать колебательное движение.The disadvantage of such electric drives for creating torque is the low efficiency, low accuracy of the rotation speed of the output shaft of the device, the inability to provide rotation of the output shaft by a given angle, to set the oscillatory motion.

С точки зрения управления электроприводом непосредственное включение через реостат позволяет регулировать скорость вращения электродвигателя, но существенно снижает КПД устройства, не может обеспечить заданную точность скорости вращения выходного вала устройства и не может обеспечить поворот на заданный угол. При включении электродвигателя переменного тока через автотрансформатор КПД падает незначительно, но обеспечить заданные параметры вращения выходного вала устройства невозможно.From the point of view of controlling the electric drive, direct connection through a rheostat allows you to adjust the speed of rotation of the electric motor, but significantly reduces the efficiency of the device, cannot provide the specified accuracy of the speed of rotation of the output shaft of the device, and cannot provide rotation by a given angle. When you turn on the AC motor through an autotransformer, the efficiency drops slightly, but it is impossible to provide the specified rotation parameters of the output shaft of the device.

Известен электропривод по патенту РФ №2002361, Н02Р 8/00 [3], в котором содержатся признаки, позволяющие принять его за прототип как для электропривода для создания вращательного момента, так и для его системы управления. Из общего числа признаков известного устройства существенными (и общими) с точки зрения предложенного устройства являются следующие.The electric drive is known according to the patent of the Russian Federation No. 2002361, Н02Р 8/00 [3], which contains signs that make it possible to take it as a prototype for an electric drive to create a torque, and for its control system. Of the total number of features of the known device, the essential (and common) from the point of view of the proposed device are the following.

Электропривод для создания вращательного момента содержит шаговый электродвигатель, связанный с выходным валом электропривода через редуктор, второй (дополнительный) электродвигатель, кинематически связанный с выходным валом.The electric drive for generating torque contains a stepper motor connected to the output shaft of the electric drive through the gearbox, a second (additional) motor kinematically connected to the output shaft.

Система его управления содержит источник питания (предполагается по умолчанию), шаговый электродвигатель, второй (дополнительный) электродвигатель (в данном случае - постоянного тока), блок управления шаговым электродвигателем (обобщенное назначение взаимосвязанных функциональных узлов) и переключатель направления вращения (функционально - это определенные признаки прототипа), подключенный выходом к второму электродвигателю, при этом выходы блока управления шаговым электродвигателем соединены с обмотками шагового электродвигателя.Its control system contains a power source (assumed by default), a stepper motor, a second (optional) electric motor (in this case, direct current), a stepper motor control unit (general purpose of interconnected functional units) and a rotation direction switch (functionally these are certain signs prototype), connected to the output of the second electric motor, while the outputs of the control unit of the stepper motor are connected to the windings of the stepper motor.

Недостатком устройства-прототипа являются низкая точность скорости вращения выходного вала даже при использовании шагового двигателя. Обусловлено это следующим. При малых скоростях вращения выходного вала устройства (при выключенном втором электродвигателе) момент, создаваемый шаговым электродвигателем, через дифференциал передается на второй электродвигатель, который от этого момента может вращаться. В результате этого из-за вычитания скоростей в дифференциале скорость вращения выходного вала будет не соответствовать заданной. При работе на максимальных скоростях вращения, когда в работу вступает второй электродвигатель, в редукторе (дифференциале) устройства происходит сложение скоростей вращения двух двигателей. Поскольку скорость вращения второго электродвигателя имеет низкую точность, скорости вращения выходного вала не могут иметь высокой точности. Таким образом, эти недостатки привода не позволяют использовать его в прецизионных устройствах и в устройствах, обеспечивающих поворот на заданный угол или прецизионный колебательный режим. Более того, особенности работы шагового электродвигателя, как такового (низкая приемистость, выпадение из синхронизма [4]), предопределяют существенный недостаток устройства, в котором он установлен, а именно - снижение его функциональной надежности.The disadvantage of the prototype device is the low accuracy of the output shaft rotation speed even when using a stepper motor. This is due to the following. At low speeds of rotation of the output shaft of the device (when the second motor is off), the moment created by the stepper motor is transmitted through the differential to the second motor, which can rotate from this moment. As a result of this, due to the subtraction of the velocities in the differential, the rotation speed of the output shaft will not correspond to the set one. When operating at maximum rotational speeds, when the second electric motor enters the work, the rotational speeds of the device add up the rotational speeds of the two motors. Since the rotational speed of the second motor has low accuracy, the rotational speeds of the output shaft cannot have high accuracy. Thus, these disadvantages of the drive do not allow its use in precision devices and in devices that provide rotation by a given angle or precision oscillatory mode. Moreover, the features of the stepper motor, as such (low throttle response, loss of synchronism [4]), determine a significant drawback of the device in which it is installed, namely, a decrease in its functional reliability.

Задачами предлагаемого технического решения являются расширение динамического диапазона скоростей вращения выходного вала электропривода в режиме его разгона, увеличение функциональной надежности, обеспечение прецизионной точности скорости вращения, обеспечение возможности поворота выходного вала электропривода на заданный угол и колебательного режима работы (типа маятникового). Кроме того, в предложении достигается упрощение конструкции устройства.The objectives of the proposed technical solution are to expand the dynamic range of speeds of rotation of the output shaft of the electric drive in the mode of acceleration, increase the functional reliability, ensure precision accuracy of the speed of rotation, provide the ability to rotate the output shaft of the drive to a predetermined angle and oscillatory operation (such as pendulum). In addition, the proposal achieves a simplification of the design of the device.

Технический результат достигается тем, что в электроприводе для создания вращательного момента, содержащем шаговый электродвигатель, выходной вал которого связан через редуктор с выходным валом электропривода, и дополнительный электродвигатель, кинематически связанный с выходным валом электропривода, кинематическая связь дополнительного электродвигателя с выходным валом электропривода выполнена с использованием ременной передачи, содержащей ремень, охватывающий ведущий и ведомый шкивы, размещенные соответственно на выходном валу дополнительного электродвигателя и на выходном валу электропривода или на выходном валу шагового электродвигателя, при этом вращающий момент, развиваемый дополнительным электродвигателем на выходном валу электропривода, больше момента трения на выходном валу электропривода, но не превышает вращающего момента на выходном валу электропривода от шагового электродвигателя.The technical result is achieved in that in the electric drive to create a torque containing a stepper motor, the output shaft of which is connected through a gearbox to the output shaft of the electric drive, and an additional electric motor kinematically connected to the output shaft of the electric drive, the kinematic connection of the additional electric motor to the output shaft of the electric drive is made using a belt drive comprising a belt enclosing a driving and driven pulleys located respectively on an output shaft the additional electric motor and on the output shaft of the electric drive or on the output shaft of the stepper motor, while the torque developed by the additional electric motor on the output shaft of the electric drive is greater than the friction moment on the output shaft of the electric drive, but does not exceed the torque on the output shaft of the electric drive from the stepper motor.

В систему управления электроприводом для создания вращательного момента, содержащую источник питания постоянного напряжения, шаговый электродвигатель и блок управления шаговым электродвигателем, связанный выходами с обмотками шагового электродвигателя, дополнительный электродвигатель и переключатель направления вращения дополнительного электродвигателя, введен дополнительный источник питания, вход блока управления шаговым электродвигателем соединен с источником питания постоянного напряжения, дополнительный электродвигатель через переключатель направления вращения подключен к дополнительному источнику питания, блок управления шаговым электродвигателем снабжен управляющими выходами, переключатель направления вращения дополнительного электродвигателя снабжен управляющими входами, которые соединены с управляющими выходами блока управления шаговым электродвигателем.An electric drive control system for generating a torque, comprising a constant voltage power supply, a stepper motor and a stepper motor control unit, connected to the outputs of the stepper motor windings, an additional electric motor and an additional electric motor rotation direction switch, an additional power source is introduced, the input of the stepper motor control unit is connected with constant voltage power supply, additional electric motor through rotation direction switch is connected to an additional power supply, the stepper motor control unit is provided with control outputs, an additional motor rotation direction switch is provided with control inputs which are connected to stepper motor control outputs of the control unit.

Суть изобретения поясняется с помощью графических материалов фиг.1 и фиг.2, где приведены функциональные (кинематические) блок-схемы предлагаемого электропривода для создания вращательного момента. На чертежах приведены только принципиальные узлы устройства и не показаны опоры, упоры, подшипники, шестерни и т.п., поскольку исполнение их может быть любым, и они не являются предметом данного изобретения. Представленные устройства по своему существу эквивалентны друг другу. На фиг.3 и 4 приведены блок-схемы системы управления электродвигателями предлагаемого электропривода, отличающиеся между собой типами и характеристиками дополнительного электродвигателя, дополнительного источника питания и исполнением переключателя направления вращения дополнительного двигателя, по существу также эквивалентные друг другу.The essence of the invention is illustrated using graphic materials of figure 1 and figure 2, which shows the functional (kinematic) block diagrams of the proposed electric drive to create a torque. The drawings show only the principal components of the device and do not show the supports, stops, bearings, gears, etc., since their execution can be any, and they are not the subject of this invention. The presented devices are essentially equivalent to each other. Figures 3 and 4 show block diagrams of the electric motor control system of the electric drive of the invention, differing in types and characteristics of the additional electric motor, additional power supply and the design of the rotation direction switch of the additional motor, which are also essentially equivalent to each other.

Цифрами на чертежах обозначены:The numbers in the drawings indicate:

1 - шаговый электродвигатель;1 - step electric motor;

2 - редуктор;2 - gear;

3 - выходной вал электропривода;3 - output shaft of the electric drive;

4 - дополнительный электродвигатель;4 - additional electric motor;

5 - ведущий шкив;5 - a leading pulley;

6 - ведомый шкив;6 - driven pulley;

7 - ремень ременной передачи;7 - belt transmission belt;

8 - поворотная платформа;8 - rotary platform;

9 - блок питания шагового электродвигателя;9 - power supply unit of a stepper motor;

10 - блок управления шаговым электродвигателем;10 - control unit stepper motor;

11 - блок задания режимов работы шагового электродвигателя;11 - unit for setting the operating modes of the stepper motor;

12 - коммутатор обмоток шагового электродвигателя;12 - switch windings of a stepper motor;

13 - обмотки шагового двигателя;13 - windings of a stepper motor;

14 - дополнительный блок питания;14 - additional power supply;

15 - переключатель направления вращения дополнительного электродвигателя 4.15 - switch of direction of rotation of the additional electric motor 4.

Электропривод для создания вращательного момента (фиг.1 и фиг.2) состоит из шагового электродвигателя 1, соединенного с помощью редуктора 2 с выходным валом 3 электропривода, и дополнительного электродвигателя 4, ведущий шкив 5 которого с помощью ремня 7 ременной передачи соединен с ведомым шкивом 6 электропривода. При этом ведомый шкив 6 может быть установлен непосредственно на выходном валу 3 электропривода (фиг.1) либо на выходном валу шагового электродвигателя 1 (фиг.2). На выходном валу 3 электропривода может быть установлен любой механизм, требующий вращения (поворота) по заданному закону (на заданный угол), либо поворотная платформа 8, на которой может размещаться испытуемая аппаратура. Редуктор 2, в зависимости от технических характеристик электропривода, может быть выполнен многоступенчатым.The electric drive to create a torque (Fig. 1 and Fig. 2) consists of a stepper motor 1 connected by means of a reducer 2 to the output shaft 3 of the electric drive, and an additional electric motor 4, the drive pulley 5 of which is connected to the driven pulley using a belt 7 of a belt drive 6 electric drives. In this case, the driven pulley 6 can be installed directly on the output shaft 3 of the electric drive (Fig. 1) or on the output shaft of the stepper motor 1 (Fig. 2). On the output shaft 3 of the electric drive can be installed any mechanism that requires rotation (rotation) according to a given law (at a given angle), or a rotary platform 8, on which the tested equipment can be placed. Reducer 2, depending on the technical characteristics of the electric drive, can be multi-stage.

Блоки управления 10 (фиг.3 и фиг.4) шаговыми двигателями показаны условно разделенными на два независимых блока 11 и 12 только для того, чтобы легче было рассматривать работу предложенных устройств в целом. Реально они могут быть выполнены любым образом, с использованием полупроводниковых приборов, микросхем, контроллеров, компьютеров и т.п., в том числе - в виде моноблока. Блок управления шаговым электродвигателем 10 снабжен управляющими выходами, переключатель направления вращения дополнительного электродвигателя 15 снабжен управляющими входами, которые соединены с управляющими выходами блока управления шаговым электродвигателем.The control units 10 (Fig. 3 and Fig. 4) of stepper motors are shown conditionally divided into two independent units 11 and 12 only in order to make it easier to consider the operation of the proposed devices as a whole. In reality, they can be performed in any way using semiconductor devices, microcircuits, controllers, computers, etc., including in the form of a monoblock. The control unit of the stepper motor 10 is equipped with control outputs, the direction switch of rotation of the additional electric motor 15 is equipped with control inputs that are connected to the control outputs of the control unit of the stepper motor.

Питание на обмотки шагового электродвигателя (фиг.3, фиг.4) поступает от блока питания шагового электродвигателя 9 через блок управления шаговым электродвигателем 10 (с выхода коммутатора обмоток шагового электродвигателя 12). Управление этим коммутатором осуществляется с помощью импульсных сигналов блока задания режимов работы шагового электродвигателя 11. Питание на дополнительный электродвигатель 4 поступает от дополнительного блока питания 14 через переключатель направления вращения дополнительного электродвигателя 15, управление которым производится из блока управления шаговым двигателем 10.The power to the windings of the stepper motor (Fig. 3, Fig. 4) is supplied from the power supply unit of the stepper motor 9 through the control unit of the stepper motor 10 (from the output of the switch windings of the stepper motor 12). The management of this switch is carried out using the pulse signals of the unit for setting the operation modes of the stepper motor 11. The power to the additional motor 4 is supplied from the additional power supply 14 through the rotation direction switch of the additional electric motor 15, which is controlled from the control unit of the stepper motor 10.

Требования к дополнительному электродвигателю 4 вытекают из его функционального назначения в предложенном устройстве - обеспечивать дополнительный момент при разгоне электропривода (обеспечить повышение приемистости устройства), компенсировать вращательный момент трения при больших скоростях вращения (увеличить динамический диапазон скоростей вращения) и при этом не влиять на формирование заданной скорости вращения шаговым электродвигателем. Для этого его максимальный вращающий момент, приведенный к выходному валу устройства, не должен превышать вращающий момент шагового электродвигателя, также приведенного к выходному валу устройства. В системе управления фиг.3 это обеспечивается тем, что при пуске и малых скоростях вращения электродвигателя 4 за счет его большого тока потребления резко уменьшается выходное напряжения дополнительного блока питания 14 и таким образом уменьшается мощность и пусковой момент дополнительного электродвигателя 4, хотя его максимальный пусковой момент при номинальном напряжении питания может существенно превышать номинальный пусковой момент шагового электродвигателя 1. В системе управления фиг.4 асинхронный электродвигатель переменного тока, подключаемый к дополнительному блоку питания 14 переменного напряжения, обладая мягкой пусковой характеристикой, работает в большом динамическом диапазоне скоростей без электрической перегрузки (примером конструкции такого электродвигателя может быть электродвигатель бытового вентилятора). Эта совокупность свойств источника переменного напряжения и асинхронного электродвигателя эквивалентны свойствам источника постоянного напряжения с падающей характеристикой и электродвигателя постоянного напряжения.The requirements for the additional electric motor 4 arise from its functional purpose in the proposed device - to provide an additional moment during acceleration of the electric drive (to provide an increase in the throttle response of the device), to compensate the rotational moment of friction at high rotational speeds (increase the dynamic range of rotational speeds) and do not affect the formation of the specified rotation speed by a stepper motor. For this, its maximum torque reduced to the output shaft of the device should not exceed the torque of the stepper motor also brought to the output shaft of the device. In the control system of Fig. 3, this is ensured by the fact that at start-up and low speeds of rotation of the electric motor 4, due to its large current consumption, the output voltage of the additional power supply unit 14 sharply decreases, and thus the power and starting moment of the additional electric motor 4 decrease, although its maximum starting moment at a rated supply voltage can significantly exceed the rated starting torque of the stepper motor 1. In the control system of FIG. 4, an asynchronous electric motor a ka connected to an additional ac power supply unit 14, having a soft starting characteristic, operates in a large dynamic speed range without electrical overload (an example of a design of such an electric motor can be an electric motor of a household fan). This set of properties of an alternating voltage source and an asynchronous electric motor are equivalent to the properties of a dc voltage source with a falling characteristic and a dc voltage motor.

Ремень ременной передачи 7 (фиг.1 и 2) служит не только для передачи момента от дополнительного электродвигателя 4 к выходному валу электропривода 3, но и, в силу определенной вязкости ремня ременной передачи 7, для демпфирования резонансных колебаний, возникновение которых неизбежно в высокодобротной электромеханической системе, обладающей упругостью, импульсными силами управления и инерционной массой. Вязкость ремня вносит затухание в эту систему и колебания не возникают.The belt transmission belt 7 (FIGS. 1 and 2) serves not only to transmit the moment from the additional electric motor 4 to the output shaft of the electric drive 3, but also, due to the certain viscosity of the belt transmission belt 7, to damp the resonant vibrations, the occurrence of which is inevitable in a high-quality electromechanical a system with elasticity, impulse control forces and inertial mass. The viscosity of the belt introduces attenuation into this system and vibrations do not occur.

Блок питания шагового электродвигателя 9 (фиг.3, 4) подключен к блоку управления шаговым электродвигателем 10, который содержит блок задания режимов работы шагового электродвигателя 11 и коммутатор обмоток шагового электродвигателя 12. Работают они совместно следующим образом. Блок задания режимов работы шагового электродвигателя 11 вырабатывает последовательность импульсов управления ключами коммутатора обмоток шагового электродвигателя 12. Этот коммутатор (выполнен обычно на транзисторах, работающих в ключевом режиме) последовательно подает на обмотки 13 шагового электродвигателя 1 напряжение питания.The power supply unit of the stepper motor 9 (Fig.3, 4) is connected to the control unit of the stepper motor 10, which contains a unit for setting the operating modes of the stepper motor 11 and the switch windings of the stepper motor 12. They work together as follows. The unit for setting the operating modes of the stepper motor 11 generates a sequence of control pulses of the keys of the switch of the windings of the stepper motor 12. This switch (usually made on transistors operating in the key mode) sequentially supplies the windings 13 of the stepper motor 1 with a supply voltage.

Подключение дополнительного блока питания 14 к дополнительному электродвигателю 4 производится с помощью переключателя направления вращения дополнительного электродвигателя 15. Его управляемые ключи К1-К4 формируют четыре режима работы дополнительного электродвигателя 4 (см. фиг.3 и 4): исходное, когда цепь питания дополнительного электродвигателя отключена (ни один из ключей К1-К4 не включен), два рабочих состояния, при которых цепи питания дополнительного электродвигателя 4 замкнуты, а полярность (или фаза - для фиг.4) его подключения к блоку питания противоположна (включены ключи К1 и К2 либо К3 и К4), и четвертое состояние, когда включенными ключами, например К2 и К4, замкнута накоротко электрическая цепь самого дополнительного электродвигателя 4, что способствует торможению дополнительного электродвигателя 4 и ускоренному снижению скорости вращения выходного вала 3 устройства.The additional power supply 14 is connected to the additional electric motor 4 using the switch of rotation direction of the additional electric motor 15. Its controlled keys K1-K4 form four operating modes of the additional electric motor 4 (see Figs. 3 and 4): the initial one, when the power circuit of the additional electric motor is disconnected (none of the keys K1-K4 is turned on), two operating states in which the power circuits of the additional electric motor 4 are closed, and the polarity (or phase for figure 4) of its connection to the block the power supply is opposite (keys K1 and K2 or K3 and K4 are turned on), and the fourth state is when the switches, for example K2 and K4, are short-circuited by the electric circuit of the additional electric motor 4 itself, which contributes to the braking of the additional electric motor 4 and an accelerated decrease in the speed of rotation of the output shaft 3 devices.

Работает устройство в целом следующим образом.The device operates as a whole as follows.

Напряжение на обмотки шагового электродвигателя 13 (фиг.3 и фиг.4) поступает от блока питания шагового электродвигателя 9 через блок управления шаговым электродвигателем 10 в виде импульсов в соответствии с частотой и последовательностью, сформированными блоком задания режимов работы шагового электродвигателя 11 (блок управления шаговым электродвигателем, как таковой, не входит в объем притязаний, поэтому в материалах заявки не приводится и подробно не рассматривается). Вращение ротора шагового электродвигателя 1 передается через редуктор 2 на выходной вал электропривода 3. Через ременную передачу вращение передается также на вал дополнительного электродвигателя 4, и он может вращаться на холостом ходу. Когда на дополнительный электродвигатель 4 через замкнутые ключи переключателя направления вращения дополнительного электродвигателя 15 поступает напряжение питания (а это обеспечивается при работе электропривода во всем диапазоне моментов и скоростей вращения выходного вала устройства с помощью сигналов управления из блока управления шаговым электродвигателем 10 в переключатель направления вращения дополнительного электродвигателя 15), то он за счет собственного момента через ременную передачу сообщает выходному валу 3 электропривода дополнительный вращательный момент. В простейшем случае при смене направления вращения шагового электродвигателя блок управления шагового электродвигателя 10 снимает управляющие сигналы с ключей К1 и К2 и выставляет такие сигналы на ключах К3 и К4 либо наоборот. При необходимости торможения дополнительным электродвигателем 4 из блока управления шагового электродвигателя 10 на входы переключателя направления вращения дополнительного электродвигателя 15 поступают сигналы, открывающие ключи К2 и К4. Конкретное исполнение схемы управления переключателя направления вращения дополнительного электродвигателя 15 на чертежах не приведено, поскольку конкретная схема - «дело вкуса» разработчика. В качестве достаточно универсальных схем управления могут быть использованы микросхемы драйверов фирмы International Rectifier, простейший из которых IR2101.The voltage on the windings of the stepper motor 13 (Fig. 3 and Fig. 4) is supplied from the power supply unit of the stepper motor 9 through the control unit of the stepper motor 10 in the form of pulses in accordance with the frequency and sequence generated by the unit for setting the operating modes of the stepper motor 11 (stepper control unit an electric motor, as such, is not included in the scope of claims, therefore, it is not given in the application materials and is not considered in detail). The rotation of the rotor of the stepper motor 1 is transmitted through the gearbox 2 to the output shaft of the electric drive 3. Through the belt drive, the rotation is also transmitted to the shaft of the additional electric motor 4, and it can rotate at idle. When the auxiliary voltage 4 is supplied to the additional electric motor 4 through the closed keys of the rotation direction switch of the additional electric motor 15 (this is ensured when the electric drive operates in the entire range of moments and rotational speeds of the output shaft of the device using control signals from the control unit of the stepper motor 10 to the rotation direction switch of the additional electric motor 15), then he at the expense of his own moment through a belt drive informs the output shaft 3 of the electric drive Ode additional torque. In the simplest case, when changing the direction of rotation of the stepper motor, the control unit of the stepper motor 10 removes the control signals from the keys K1 and K2 and sets such signals on the keys K3 and K4 or vice versa. If necessary, braking an additional electric motor 4 from the control unit of the stepper motor 10 to the inputs of the switch direction of rotation of the additional electric motor 15 receives signals that open the keys K2 and K4. A specific implementation of the control circuit of the rotation direction switch of the additional electric motor 15 is not shown in the drawings, since the specific circuit is a “matter of taste” of the developer. As fairly universal control schemes, driver chips from International Rectifier can be used, the simplest of which is IR2101.

При малой скорости вращения выходного вала 3 и скорости вращения дополнительного электродвигателя 4 его момент максимальный. При этом увеличивается суммарный вращающий момент при разгоне электропривода и его приемистость. По мере увеличения скорости вращения выходного вала электропривода дополнительный электродвигатель выходит на номинальный режим, компенсирует потери на трение в устройстве, создает дополнительный вращающий момент и поддерживает вращение шагового электродвигателя при его максимально возможных скоростях.With a low speed of rotation of the output shaft 3 and the speed of rotation of the additional electric motor 4, its torque is maximum. This increases the total torque during acceleration of the electric drive and its throttle response. As the speed of rotation of the output shaft of the electric drive increases, the additional electric motor reaches the nominal mode, compensates for friction losses in the device, creates additional torque and supports the rotation of the stepper motor at its maximum possible speeds.

Переменную составляющую скорости вращения (вибрацию) ротора и выходного вала устройства, возникающую за счет импульсного управления шаговым электродвигателем, сглаживает ременная передача дополнительного электродвигателя за счет вязких и упругих свойств ремня. Эти свойства ременной передачи (особенно - его вязкость) гасят резонансы в электромеханике устройства.The variable component of the rotational speed (vibration) of the rotor and the output shaft of the device, arising due to the pulse control of the stepper motor, smooths the belt transmission of the additional motor due to the viscous and elastic properties of the belt. These properties of the belt drive (especially its viscosity) dampen resonances in the electromechanics of the device.

Разворот выходного вала электропривода на заданный угол с заданной скоростью, а также прецизионный колебательный режим выходного вала 3 устройства обеспечивается путем формирования блоком управления шагового двигателя 10 необходимого количества импульсов на обмотки шагового электродвигателя с необходимой последовательностью и частой переключения. Алгоритм управления вырабатывает блок задания режимов работы шагового электродвигателя 11. При этом одновременно с изменением направления вращения шагового электродвигателя производится изменение полярности (или фазы) питания дополнительного электродвигателя 4 так, как это описано выше.The rotation of the output shaft of the electric drive to a predetermined angle with a given speed, as well as the precise oscillatory mode of the output shaft 3 of the device is ensured by the formation by the control unit of the stepper motor 10 of the required number of pulses to the windings of the stepper motor with the necessary sequence and frequent switching. The control algorithm produces a unit for setting the operating modes of the stepper motor 11. In this case, simultaneously with a change in the direction of rotation of the stepper motor, the polarity (or phase) of the power supply of the additional motor 4 is changed as described above.

Для реверсирования направления вращения асинхронного электродвигателя (фиг.4), обычно имеющего две обмотки, предназначенные для создания вращающегося магнитного поля, переключатель направления вращения дополнительного электродвигателя 15 должен переключать только одну из них (например, «конденсаторную»), а вторая может быть включена одновременно с включением источника питания 14 либо дополнительным ключом (на чертеже не показано).To reverse the direction of rotation of the induction motor (figure 4), usually having two windings, designed to create a rotating magnetic field, the switch of the direction of rotation of the additional motor 15 should switch only one of them (for example, "capacitor"), and the second can be turned on simultaneously with the inclusion of the power source 14 or an additional key (not shown in the drawing).

Упрощение устройства по сравнению с прототипом достигается за счет того, что вместо дифференциального редуктора используются простые передачи с использованием шестерен и ремня, а в качестве дополнительного источника питания может быть использован даже нестабилизированный источник напряжения с ограничением максимального тока и без принудительного управления, которое применено в устройстве-прототипе, либо стандартная сеть переменного напряжения.The simplification of the device compared to the prototype is achieved due to the fact that instead of a differential gearbox simple gears are used using gears and a belt, and even an unstabilized voltage source with maximum current limitation and without forced control, which is used in the device, can be used as an additional power source -prototype, or standard AC voltage network.

Предлагаемая совокупность признаков в рассмотренном авторами предложении не встречалась для решения поставленной задачи и не следует явным образом из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".The proposed set of features in the proposal considered by the authors was not found to solve the problem and does not follow explicitly from the prior art, which allows us to conclude that the technical solution meets the criteria of "novelty" and "inventive step".

Рассмотренный электропривод для создания вращательного момента, на котором установлена платформа, приводимая им во вращение, будет использоваться для задания прецизионных вращательных движений с разными угловыми скоростями различных устройств при их испытаниях в процессе производства. В настоящее время электропривод находится на стадии изготовления.The considered electric drive to create a torque on which a platform is mounted, driven by rotation, will be used to set precise rotational movements with different angular speeds of various devices during their testing in the production process. The electric drive is currently under construction.

ЛитератураLiterature

1. Кудрявцев В.Н. Планетарные передачи. - Л.: 1966, с.247-243, рис.133 и 134.1. Kudryavtsev V.N. Planetary gears. - L .: 1966, p. 247-243, Fig. 133 and 134.

2. И.М.Юровский, Н.А.Чекалин. Лабораторный практикум по электроприводу и основам управления. Издание второе, дополненное и переработанное. М.: Высшая школа, 1972 г., с.9, рис.1.3, рис.1.4.2. I.M. Yurovsky, N.A. Chekalin. Laboratory workshop on electric drive and control fundamentals. Second edition, revised and revised. M .: Higher school, 1972, p. 9, fig. 1.3, fig. 1.4.

3. Патент РФ №2002361 Н02Р 8/00, (прототип).3. RF patent №2002361 Н02Р 8/00, (prototype).

4. Микроэлектродвигатели для систем автоматики (технический справочник). Под ред. Э.А.Лодочникова и Ф.М.Юферова. М.: Энергия, 1969.4. Microelectric motors for automation systems (technical reference). Ed. E.A. Lodochnikova and F.M. Yuferova. M .: Energy, 1969.

5. Патент РФ 2065542, МПК 6: F16H 3/44.5. RF patent 2065542, IPC 6: F16H 3/44.

Claims (2)

1. Электропривод для создания вращательного момента, содержащий шаговый электродвигатель, выходной вал которого связан через редуктор с выходным валом электропривода, и дополнительный электродвигатель, кинематически связанный с выходным валом электропривода, отличающийся тем, что кинематическая связь дополнительного электродвигателя с выходным валом электропривода выполнена с использованием ременной передачи, содержащей ремень, охватывающий ведущий и ведомый шкивы, размещенные соответственно на выходном валу дополнительного электродвигателя и на выходном валу электропривода или на выходном валу шагового электродвигателя, при этом вращающий момент, развиваемый дополнительным электродвигателем на выходном валу электропривода, больше момента трения на выходном валу электропривода, но не превышает вращающего момента на выходном валу электропривода от шагового электродвигателя.1. An electric drive for generating torque, comprising a stepper motor, the output shaft of which is connected through a gearbox to the output shaft of the electric drive, and an additional electric motor, kinematically connected with the output shaft of the electric drive, characterized in that the kinematic connection of the additional electric motor with the output shaft of the electric drive is made using a belt a transmission containing a belt covering the driving and driven pulleys, respectively located on the output shaft of the additional electric of the motor and on the output shaft of the electric drive or on the output shaft of the stepper motor, while the torque developed by the additional electric motor on the output shaft of the electric drive is greater than the friction moment on the output shaft of the electric drive, but does not exceed the torque on the output shaft of the electric drive from the stepper motor. 2. Система управления электроприводом для создания вращательного момента, содержащая источник питания постоянного напряжения, шаговый электродвигатель и блок управления шаговым электродвигателем, связанный выходами с обмотками шагового электродвигателя, дополнительный электродвигатель и переключатель направления вращения дополнительного электродвигателя, отличающаяся тем, что в нее введен дополнительный источник питания, вход блока управления шаговым электродвигателем соединен с источником питания постоянного напряжения, дополнительный электродвигатель через переключатель направления вращения подключен к дополнительному источнику, блок управления шаговым электродвигателем снабжен управляющими выходами, переключатель направления вращения дополнительного электродвигателя снабжен управляющими входами, которые соединены с управляющими выходами блока управления шаговым электродвигателем.2. The control system of the electric drive to create a torque, containing a constant voltage power source, a stepper motor and a stepper motor control unit, connected by outputs to the windings of the stepper motor, an additional electric motor and a direction switch of rotation of the additional electric motor, characterized in that an additional power source is introduced into it , the input of the stepper motor control unit is connected to a constant voltage power source, additional the body of the electric motor through a switch of direction of rotation is connected to an additional source, the control unit of the stepper motor is equipped with control outputs, the switch of direction of rotation of the additional motor is equipped with control inputs that are connected to the control outputs of the control unit of the stepper motor.
RU2005132856/09A 2005-10-26 2005-10-26 Electric driver for producing of torque abd its control system RU2322747C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005132856/09A RU2322747C2 (en) 2005-10-26 2005-10-26 Electric driver for producing of torque abd its control system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005132856/09A RU2322747C2 (en) 2005-10-26 2005-10-26 Electric driver for producing of torque abd its control system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005132856A RU2005132856A (en) 2007-05-10
RU2322747C2 true RU2322747C2 (en) 2008-04-20

Family

ID=38107477

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005132856/09A RU2322747C2 (en) 2005-10-26 2005-10-26 Electric driver for producing of torque abd its control system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2322747C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2497269C1 (en) * 2012-06-13 2013-10-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") Step electric drive
RU2638319C2 (en) * 2012-11-07 2017-12-13 Абб Текнолоджи Аг System with first and second electric motors for drive of its member
RU2740709C1 (en) * 2020-07-02 2021-01-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" Method for control of dc electric drive

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2497269C1 (en) * 2012-06-13 2013-10-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") Step electric drive
RU2638319C2 (en) * 2012-11-07 2017-12-13 Абб Текнолоджи Аг System with first and second electric motors for drive of its member
RU2740709C1 (en) * 2020-07-02 2021-01-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет" Method for control of dc electric drive

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005132856A (en) 2007-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3407680A (en) Reciprocating power arrangements
US10190660B2 (en) Reversible rotation gearbox and applications thereof
RU2322747C2 (en) Electric driver for producing of torque abd its control system
RU2008101454A (en) POWER TAKE-OFF DEVICE FOR VEHICLE
ATE402330T1 (en) DRIVE PULLEYS
WO2012127532A1 (en) Driving method for joint device
KR101956743B1 (en) A test rig and a method for testing gearboxes having different gear ratios
EP0365896A3 (en) Mechanical torque converter
US3260133A (en) Controlled differential adjustable speed reversing drive system
EP0375798A1 (en) Variable-speed power transmission device
KR960003056A (en) Drive system with gearhead motor system
RU2322746C2 (en) Electric drive for producing of torque (its modifications) and its control system (its modifications)
KR20040075745A (en) Input device of power sense providing type
CN101363518A (en) Zero-cross gear changes and method thereof
KR20220098646A (en) Speed maintenance system using N-pole and S-pole magnetic force
CN202732867U (en) Electric control stepless speed regulation device
RU2220344C2 (en) Electric drive
Mohamed et al. Microstepping Control of Hybrid Stepper Motor Using Fuzzy Logic for Robotics Application.
RU2499351C1 (en) Tracking electric drive
KR101886387B1 (en) Rotating apparatus capable of rapid accelerating having high torque
Yee et al. Actuators in robotics and automation Systems
SU1274114A1 (en) Controlled-velocity stepless a.c.electric drive
JPS6188771A (en) Rotary drive device
SU907752A1 (en) Two-motor electric drive with flexible coupling
SU864478A1 (en) Electric drive

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20111027