CN100479299C - 集成电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种伺服电机，它包括壳体和安装于壳体内的转子、定子、轴及支撑轴的轴承，定子后方依次设有支架、编码器、伺服驱动器和兼作电机后端盖的散热器，编码器设置在支架内，伺服驱动器固装在散热器上，伺服驱动器采用全数字通信方式并且由外部直接提供直流电源。壳体外侧设有总线控制接口，总线控制接口经安装于伺服驱动器中的总线驱动芯片与伺服驱动器中的数字信号处理器相连。本发明将伺服驱动器和伺服电机集成为一个统一的整体，从而抛掉了既长又复杂的通信电缆和动力电缆，使工业应用现场安装方便、维护简单。同时通过总线通信方式，上位控制器可以与多台集成电机相连，实现上位控制器与多台集成电机之间的信息交互。

Description

集成电机

技术领域

本发明涉及一种伺服电机，尤其涉及一种将伺服电机和伺服驱动器集成于一体的集成电机。

背景技术

在目前自动化领域内，传统的伺服电机和伺服驱动器是相互分离的独立结构单元，但在实际应用中，伺服电机和伺服驱动器必须同时存在、共同使用才能达到各种现场控制目的。如伺服电机转速的调整、伺服电机输出力矩的变化等等一系列的现场控制必须由两者共同来完成实现。使用时，上述两个相互独立的单元之间通过信号电缆和动力电缆连接，通过电缆将伺服电机的位置、速度信息传递给伺服驱动器并且将伺服驱动器的控制信号输送给伺服电机。

这样的应用实体在某些工业现场带来了极大的不便和限制，并在某种程度上阻碍了某些工业技术的发展，例如：

1)在某些工业应用现场，同时采用了多台伺服电机和伺服驱动器。因此就会存在着众多的信号电缆和动力电缆，造成了该应用现场的走线复杂、维护困难等缺陷。

2)在某些成套设备和生产线上，伺服电机被安装在生产线中间，伺服驱动器则安装在控制柜内，而控制柜与伺服电机之间的距离随着生产线长度的增加而增加，从而造成伺服电机和伺服驱动器间的连线会很长，直接导致伺服电机和伺服驱动器的抗干扰能力下降和伺服驱动器的驱动能力下降，有时甚至需要采用附加的电器件才能使电机正常工作。

随着社会生产力的提高和科学技术的不断发展，在工业自动化领域，对伺服电机、伺服驱动器的各项性能指标和功能技术提出了更高的要求，尤其是在上述的某些工业现场，需要既能实现原来相互独立的伺服电机与伺服驱动器的已有性能，又要克服传统技术的上述弊病。

发明内容

本发明主要是解决伺服电机和伺服驱动器相互分离、相对独立，两者之间需要较长的信号电缆和动力电缆连接，造成工业应用现场走线复杂、维护困难、驱动能力下降的技术问题；提供一种将伺服驱动器和伺服电机集成为一体，成为机电一体的独立结构，工业应用现场不会有复杂的走线，安装方便，维护简单，确保驱动能力的集成电机。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括壳体和安装于壳体内的转子、定子、轴及支撑轴的轴承，所述的定子后方依次设有支架、编码器、伺服驱动器和兼作电机后端盖的散热器，所述的编码器设置在支架内，所述的伺服驱动器固装在散热器上。通过支架将伺服驱动器与伺服电机安装成一个统一的整体，从而可以抛掉传统需要的较长的信号电缆和动力电缆，使工业应用现场安装方便、维护简单，确保足够的驱动能力。

作为优选，所述的伺服驱动器包括数字信号处理器、大功率驱动模块和为整个伺服驱动器提供电源的电源电路，所述的数字信号处理器的输入端与所述的编码器相连，数字信号处理器的输出端与大功率驱动模块相连，大功率驱动模块再与伺服电机的三相绕组相连，所述的电源电路由直流电源供电。伺服驱动器采用直流电源由外部直接提供，去除了传统伺服驱动器中交流/直流的变换电路，采用集成度高、体积小的芯片作为数字信号处理器和大功率驱动模块，大大简化了传统伺服驱动器中的大量的数字量、模拟量处理电路，从而简化了伺服驱动器的电路结构，缩小了伺服驱动器的体积，确保伺服驱动器与伺服电机可以装入到有限的一体化空间内，也降低了电路之间的干扰。伺服驱动器上所选用的为带智能控制的大功率驱动模块，具有输出电流高、响应快的优点，而且伺服驱动器上的绝大多数电子元器件为表面贴装元器件，具有集成度高、体积小、散热快的优点。

作为优选，所述的数字信号处理器的输出信号经缓冲器与所述的大功率驱动模块的输入相连，起信号存储和缓冲作用。

作为优选，所述的壳体上设有总线控制接口，所述的总线控制接口经总线驱动模块与所述的数字信号处理器相连。实现了伺服驱动器不仅可以与上位控制器相连，而且可以与另一台集成电机的伺服驱动器相连，上位控制器可以同时与多台集成电机相连。通过总线通信方式，上位控制器可以对集成电机发送相关的控制指令信息，同时也可以接收集成电机的各种状态信息，以实现上位控制器与集成电机之间的信息交互。

作为优选，所述的壳体上设有总线控制接口，所述的总线控制接口经总线驱动芯片与光电耦合器相连，所述的光电耦合器再与所述的数字信号处理器相连。光电耦合器的接入，使得在实现伺服驱动器与上位控制器、另一台集成电机的伺服驱动器相连的同时增强了对外部干扰信号的抵抗能力。

作为优选，所述的支架包括支架座和支架框，支架座中心设有圆孔，所述的支架座的形状大小与所述的编码器相配合，编码器的旋转部分穿过所述的圆孔并通过螺钉与电机的轴相固接，支架框的框边与壳体的横断面相匹配并与壳体成一体相接，所述的伺服驱动器设置在支架框内。使得集成后的结构更加紧凑，各部分之间连接更趋牢固。

作为优选，所述的支架采用工程塑料制成，所述的散热器用铝制成。使得伺服电机与伺服驱动器因塑料支架的隔热作用而不会使两者的热量相互传递，互不影响；电机产生的热量通过电机的安装面、壳体传递到外部，伺服驱动器产生的热量直接通过铝制散热器散发到周围的空气中。

本发明的有益效果是：伺服驱动器采用全数字通信方式并且外部直接提供直流电源，有效简化了伺服驱动器的电路结构，缩小了伺服驱动器的体积，使之可以装入到有限的伺服电机空间内。通过支架将伺服驱动器和伺服电机安装到一起，成为一个统一的整体，从而抛掉了既长又复杂的通信电缆和动力电缆，提高了伺服驱动器和伺服电机的抗干扰能力，使工业应用现场安装方便、维护简单，也确保具有足够的驱动能力。采用总线通信方式与上位控制器相连，省却了集成电机与上位控制器之间的模拟量、数字量等连线，从而大大地简化了整个电气系统结构，增强了电气系统的可靠性，降低了故障率。

附图说明

图1是本发明的一种轴向剖面示意图。

图2是本发明的一种电路连接关系的示意框图。

图3是本发明中伺服驱动器的一种电路原理图。

图中1.壳体，2.转子，3.定子，4.轴，5.轴承，6.支架，61.支架座，62.支架框，7.编码器，8.伺服驱动器，9.散热器，91.散热片，10.螺钉，11.数字信号处理器，12.大功率驱动模块，13.电源电路，14.缓冲器，15.总线控制接口，16.总线控制模块，17.光电耦合器，18.伺服电机，19.上位控制器。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例的集成电机，包括壳体1和安装于壳体1内的转子2、定子3、轴4及支撑轴4的轴承5，定子3后方依次设有支架6、编码器7、伺服驱动器8和兼作电机后端盖的散热器9。支架6包括支架座61和支架框62，支架座61中心开有圆孔，支架座61的形状大小与编码器7相配合，编码器7的旋转部分穿过圆孔并通过螺钉10与电机的轴4相固接，支架框62的框边与壳体1的横断面相匹配并与壳体1成一体相接，构成集成电机的外壳的一部分。编码器7设置在支架座61上，伺服驱动器8设置在支架框62内并且固装在散热器9上。散热器9的外形与支架框62相匹配，作为集成电机的后端盖，其与支架框、壳体成一体相连接。散热器9用铝质材料制成，其外表面上设有很多散热片91。其中伺服驱动器8包括数字信号处理器11、缓冲器14、大功率驱动模块12、总线驱动模块16、光电耦合器17、总线控制接口15和为整个伺服驱动器8提供电源的电源电路13，电源电路13由外部直流电源直接供电。数字信号处理器11的输入端与编码器7相连，数字信号处理器11的输出端经缓冲器14与大功率驱动模块12相连，大功率驱动模块12再与伺服电机18的三相绕组相连。壳体1安装有总线控制接口15，总线控制接口15经总线驱动模块16与光电耦合器17相连，光电耦合器17再与数字信号处理器11相连。本实施例中数字信号处理器11采用芯片U5，选用DSP56F803BU80，大功率驱动模块12采用芯片U21，选用FSAM15SH60A，总线驱动模块16采用芯片U22，选用PCA82C250T，光电耦合器采用芯片U23、U24，选用HCPL-0710。本实施例中编码器7的输出脚接U5的ENDAT脚，U5的六个DSP输出脚接缓冲器(buffer)的输入，缓冲器的输出接U21的1-23脚，U21的24-32脚与伺服电机的三相绕组相连，总线控制接口15与伺服驱动器上的总线驱动模块芯片U22的6、7脚相连，U22的1脚与光电耦合器U23的6脚相连，U23的2、3脚分别经电阻R113、R115与芯片U5相连，U22的4脚经电阻R116接光电耦合器U24的2脚、经电阻R117接U24的3脚，U24的6脚与芯片U5的串行口相连。大功率驱动模块芯片U21上安装有散热器9，散热器9紧贴大功率驱动模块U21，散热器的四个角通过螺钉与壳体1的四个角相固接。

工作过程：将实时反映伺服电机18的位置和速度工作状态信息的编码器7的输出信号转换成标准信号输送给数字信号处理器U5，经U5处理，发出的控制信号经缓冲器缓冲后输送给大功率驱动模块U21，再经U21处理，发出驱动信号给伺服电机18的三相绕组。总线控制接口15与上位控制器19相连，上位控制器19的控制信号经总线控制接口15、总线驱动芯片U22、光电耦合器U23、U24，最后送给数字信号处理器U5，经U5处理，再通过缓冲器、大功率驱动芯片U21，从而控制伺服电机18的工作；反之伺服电机18的工作状态信息依次通过编码器7、数字信号处理器U5、光电耦合器U23、U24、总线驱动芯片U22、总线控制接口15，最后输送给上位控制器19。

本发明中的伺服驱动器通过采用全数字通信方式并且外部直接提供直流电源，有效简化了伺服驱动器的电路结构，缩小了伺服驱动器的体积，使之可以装入到有限的伺服电机空间内。将伺服驱动器和伺服电机集成为一个统一的整体，从而抛掉了既长又复杂的通信电缆和动力电缆，使工业应用现场安装方便、维护简单，也确保具有足够的驱动能力。同时通过总线通信方式，上位控制器可以与多台集成电机相连，使上位控制器可以对集成电机发送相关的控制指令信息，也可以接收集成电机的各种状态信息，以实现上位控制器与集成电机之间的信息交互。

Claims (8)

1.一种集成电机，包括壳体(1)和安装于壳体(1)内的转子(2)、定子(3)、轴(4)及支撑轴(4)的轴承(5)，其特征在于所述的定子(3)后方依次设有支架(6)、编码器(7)、伺服驱动器(8)和兼作电机后端盖的散热器(9)，所述的编码器(7)设置在支架(6)内，所述的伺服驱动器(8)固装在散热器(9)上；所述的伺服驱动器(8)包括数字信号处理器(11)、大功率驱动模块(12)和为整个伺服驱动器提供电源的电源电路(13)，所述的数字信号处理器(11)的输入端与所述的编码器(7)相连，数字信号处理器(11)的输出端与大功率驱动模块(12)相连，大功率驱动模块(12)再与电机的三相绕组相连，所述的电源电路(13)由直流电源供电。

2.根据权利要求1所述的集成电机，其特征在于所述的数字信号处理器(11)的输出信号经缓冲器(14)与所述的大功率驱动模块(12)的输入相连。

3.根据权利要求1或2所述的集成电机，其特征在于壳体(1)上设有总线控制接口(15)，所述的总线控制接口(15)经总线驱动模块(16)与所述的数字信号处理器(11)相连。

4.根据权利要求1或2所述的集成电机，其特征在于壳体(1)上设有总线控制接口(15)，所述的总线控制接口(15)经总线驱动模块(16)与光电耦合器(17)相连，所述的光电耦合器(17)再与所述的数字信号处理器(11)相连。

5.根据权利要求1所述的集成电机，其特征在于所述的支架(6)包括支架座(61)和支架框(62)，支架座(61)中心设有圆孔，所述的支架座(61)的形状大小与所述的编码器(7)相配合，编码器(7)的旋转部分穿过所述的圆孔并通过螺钉(10)与电机的轴(4)相固接，支架框(62)的框边与壳体(1)的横断面相匹配并与壳体(1)成一体相接，所述的伺服驱动器(8)设置在支架框(62)内。

6.根据权利要求4所述的集成电机，其特征在于所述的支架(6)包括支架座(61)和支架框(62)，支架座(61)中心设有圆孔，所述的支架座(61)的形状大小与所述的编码器(7)相配合，编码器(7)的旋转部分穿过所述的圆孔并通过螺钉(10)与电机的轴(4)相固接，支架框(62)的框边与壳体(1)的横断面相匹配并与壳体(1)成一体相接，所述的伺服驱动器(8)设置在支架框(62)内。

7.根据权利要求1或5所述的集成电机，其特征在于所述的支架(6)采用工程塑料制成，所述的散热器(9)用铝制成。

8.根据权利要求6所述的集成电机，其特征在于所述的支架(6)采用工程塑料制成，所述的散热器(9)用铝制成。

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