CN103166544A - 一种数字直接驱动双悬臂微电机系统 - Google Patents

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袁廷华
李德友
潘家清
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Abstract

本发明公开了一种数字直接驱动双悬臂微电机系统，系统主要包括微电机系统和单片机系统，所述的微电机系统包括半悬臂金属外圈、磁钢、轴、半悬臂线圈绕组，所述的单片机系统包括接收外部给定位置数字信号端口、模拟或数字传感器信号接入端口、信号采集器和单片机驱动输出端口，所述的半悬臂线圈绕组是一个以半悬臂的形式固定在基座一端的控制线圈。本发明的数字直接驱动双悬臂微电机系统效率高、制造简单、使用方便，智能一体化结构，可广泛应用与各微电机领域。

Description

一种数字直接驱动双悬臂微电机系统
技术领域
本发明涉及微电机技术领域，具体涉及各种工业仪表用微电机、汽车仪表用微电机、工业控制微电机以及家电控制微电机等微电机应用领域。 
背景技术
现有无刷电机是线圈绕组固定、磁芯旋转，其金属防护外壳一是起防护作用，其次是提供磁场通路。但传统电机的金属外壳是固定的，固定的金属外壳与旋转的磁钢产生吸力，阻止磁芯的旋转，影响了电机效率；而且无刷电机的旋转是靠位置传感器来实现闭环控制的，使得传统微电机结构复杂，效率低、成本高。 
发明内容
本发明的目的是：提供一种高效率的数字直接驱动双悬臂微电机系统。通过半悬臂线圈绕组固定、半悬臂金属外圈与磁钢同步旋转的微电机实现方式来提高电机的工作效率，单片机系统能以最佳的最大加速度和旋转速度控制微电机的旋转特性、能根据外部控制信息控制微电机的正反转方向和最终转动位置，使微电机系统工作在最佳工作区。 
根据上述目的，本发明所采用的技术方案为： 
一种数字直接驱动双悬臂微电机系统，系统主要包括微电机系统和单片机系统，所述的微电机系统包括半悬臂金属外圈、磁钢、轴、半悬臂线圈绕组，所述的单片机系统包括接收外部给定位置数字信号端口、模拟或数字传感器信号接入端口、信号采集器和单片机驱动输出端口，所述的半悬臂线圈绕组是一个以半悬臂的形式固定在基座一端的控制线圈，所述的半悬臂金属外圈是一个一端端口敞口、另一端以半悬臂的形式与轴和磁钢刚性连接的一个圆形封闭的金属导磁体，其转动方式为半悬臂线圈绕组固定并在单片机系统的控制下产生旋转电磁力，磁钢受旋转电磁力带动轴和半悬臂金属外圈同步转动。 
所述的线圈绕组以半悬臂的形式固定在一端基座上，金属外圈与轴以半 悬臂的形式刚性连接嵌入在另一端基座上，所述的轴可以在两端基座的支撑下自由旋转。 
所述的微电机设置位置传感器。 
所述的单片机系统根据电机转动惯量设定电机转动最大保持同步加速度，使微电机系统与单片机系统之间保持同步，使控制不丢步或使丢步控制在允许范围内，实现无位置传感器的精确位置控制。 
所述的单片机系统可直接驱动和控制电机的正反转、最大加速度、最大速度和最终位置。 
所述的单片机系统，对于功率较大的微电机可用单片机系统直接驱动中间驱动电路，再由中间驱动电路驱动微电机转动。 
所述的单片机系统能通过外部给定位置数字信号，单片机系统根据此位置数字信号控制电机的转动实现上位机的数字控制。 
所述的单片机系统能通过直接连接的模拟或数字传感器信号端口，根据预先下载的程序设定驱动电机输出轴转到合适的位置。 
包括双悬臂微电机系统和单片机系统。所述的微电机系统包括半悬臂金属外圈、磁钢、轴、半悬臂线圈绕组，所述的单片机系统包括接收外部给定位置数字信号端口、模拟或数字传感器信号接入端口、信号采集器和单片机驱动输出端口。 
所述的半悬臂线圈绕组是一个以半悬臂的形式固定在基座一端的控制线圈。 
所述的半悬臂金属外圈是一个一端敞口、另一端以半悬臂的形式与轴和磁钢刚性连接的一个圆形封闭的金属导磁体，金属外圈与轴以半悬臂的形式刚性连接嵌入在另一端基座上，所述的轴可以在两端基座的支撑下自由旋转。 
所述的单片机系统能根据电机转动惯量设定电机转动最大保持同步加速度，使微电机与单片机系统之间保持同步，使控制不丢步或使丢步控制在允许范围内，实现无位置传感器的精确位置控制。 
所述的单片机系统直接驱动和控制微电机，更进一步地也可以增加驱动电路来驱动功率较大的微电机。 
所述的单片机系统能通过接收端口接收外部给定位置数字信号，单片机系统以此来控制微电机的转动实现上位机的数字控制。 
所述的单片机系统能通过端口直接连接的模拟或数字传感器信号，使得微电机系统能根据传感器信号实现对微电机的的传感控制。 
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果为： 
1、在结构上实现了半悬臂金属外圈与磁钢的同步旋转，提高了微电机系统的工作效率。 
2、在结构上实现了一端固定的半悬臂绕组线圈，简化了系统结构，提高了微电机的可靠性。 
3、本系统可以根据电机转动惯量设定电机转动最大保持同步加速度和最大旋转速度，使控制不丢步或使丢步控制在允许范围内，实现了无位置传感器的精确位置控制。 
4、本发明充分利用了发明内容所述的微电机结构原理和单片机控制的有机融合，实现了一种结构简单、效率高、智能一体化的数字直接驱动双悬臂微电机系统，系统使用方便、应用面广。 
附图说明
图1为数字直接驱动双悬臂微电机系统原理示意图； 
图2为本发明增设驱动电路后的原理示意图； 
其中， 
1、微电机系统 
101、半悬臂金属外圈，102、半悬臂线圈绕组，103、磁钢，104、轴，105、基座，106、线圈输出引线 
2、单片机系统 
201、外部给定位置数字信号端口，202、本地传感器输入信号端口(模拟或数字)，203、信号采集器 
3、驱动电路 
具体实施方式
图1为一数字直接驱动双悬臂微电机系统的原理结构示意图。其具体实现方面有以下内容： 
(1)、微电机系统1包括：半悬臂线圈绕组102以半悬臂的形式固定在基座105上，半悬臂金属外圈101一端端口敞口，另一端端口封闭并以半悬臂的形式与轴104和磁钢103刚性连接，轴104穿过磁钢103由基座105支撑。 
(2)、单片机系统2包括：接收外部给定位置数字信号端口(201)、模拟或数字传感器信号接入端口(202)、信号采集器203和单片机驱动端口204。 其中204端口根据微电机线圈绕制的形式和需求可以是3根、4根或更多根驱动线。 
(3)、微电机转动方式为半悬臂线圈绕组102在单片机2的控制下产生旋转电磁力，磁钢103受旋转电磁力的作用带动轴104和半悬臂金属外圈101同步转动。 
(4)、微电机控制系统的工作模式为：单片机系统2能通过接收端口201接收外部给定的位置数字信号或通过传感器信号端口202接收传感信号，单片机系统2以此信号按照预先程序设定的控制规律来控制微电机系统2的转动方向、最大转动加速度、转动速度和最终转动位置。 
(5)、单片机系统2能根据微电机系统1的转动惯量在控制程序内设置有微电机系统1的最大保持同步加速度和最大运行速度，使单片机控制系统2控制线圈旋转磁场的转动速度与微电机系统1的实际有效转动速度之间保持同步，这样微电机系统1就会不丢步或使丢步控制在允许的范围内。实现了无位置传感器的精确位置控制。 
(6)、本发明的数字直接驱动双悬臂微电机系统是针对微电机设计的，适合驱动电流在20mA以下的微电机系统。本系统原理可以扩充到更大功率的微电机系统实现，这时单片机系统2就要通过驱动电路3来驱动线圈绕组。如图2。 

Claims (8)

1.一种数字直接驱动双悬臂微电机系统，系统主要包括微电机系统和单片机系统，所述的微电机系统包括半悬臂金属外圈、磁钢、轴、半悬臂线圈绕组，所述的单片机系统包括接收外部给定位置数字信号端口、模拟或数字传感器信号接入端口、信号采集器和单片机驱动输出端口，所述的半悬臂线圈绕组是一个以半悬臂的形式固定在基座一端的控制线圈，所述的半悬臂金属外圈是一个一端端口敞口、另一端以半悬臂的形式与轴和磁钢刚性连接的一个圆形封闭的金属导磁体，其转动方式为半悬臂线圈绕组固定并在单片机系统的控制下产生旋转电磁力，磁钢受旋转电磁力带动轴和半悬臂金属外圈同步转动。
2.根据权利要求1所述的数字直接驱动双悬臂微电机系统，其特征在于：所述的线圈绕组以半悬臂的形式固定在一端基座上，金属外圈与轴以半悬臂的形式刚性连接嵌入在另一端基座上，所述的轴可以在两端基座的支撑下自由旋转。
3.根据权利要求1所述的数字直接驱动双悬臂微电机系统，其特征在于：所述的微电机设置位置传感器。
4.根据权利要求1所述的数字直接驱动双悬臂微电机系统，其特征在于：所述的单片机系统根据电机转动惯量设定电机转动最大保持同步加速度，使微电机系统与单片机系统之间保持同步，使控制不丢步或使丢步控制在允许范围内，实现无位置传感器的精确位置控制。
5.根据权利要求1所述的数字直接驱动双悬臂微电机系统，其特征在于：所述的单片机系统可直接驱动和控制电机的正反转、最大加速度、最大速度和最终位置。
6.根据权利要求1所述的数字直接驱动双悬臂微电机系统，其特征在于：所述的单片机系统，对于功率较大的微电机可用单片机系统直接驱动中间驱动电路，再由中间驱动电路驱动微电机转动。
7.根据权利要求5所述的数字直接驱动双悬臂微电机系统，其特征在于：所述的单片机系统能通过外部给定位置数字信号，单片机系统根据此位置数字信号控制电机的转动实现上位机的数字控制。
8.根据权利要求5所述的数字直接驱动双悬臂微电机系统，其特征在于：所述的单片机系统能通过直接连接的模拟或数字传感器信号端口，根据预先下载的程序设定驱动电机输出轴转到合适的位置。
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PB01 Publication
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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