CN107070103A - 一种带有控制器的电动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有控制器的电动机，包括电动机本体、控制器和传感器；所述传感器用于感测电动机轴的转动，并将感测到的代表电动机轴位置的信息传输给控制器，通过控制器的处理，实现对电动机的精确控制。本发明中使用的控制器使得电动机与传感器的匹配灵活，并且，在使控制精度、系统响应速度、可靠性大大提高的同时，又降低了生产成本，因此提高了本发明中所述电动机的性价比。

Description

一种带有控制器的电动机

技术领域

本发明涉及一种带有控制器的电动机，尤其是一种用于精确位置控制的控制用电动机。

背景技术

电动机在工业领域中使用非常广泛，因此，电动机的控制系统也被广泛关注。电动机的种类非常多，根据不同的分类标准，可以把电动机分为异步电动机、同步电动机；交流电动机、直流电动机等。目前的电动机一般采用线缆方式将位置信息传输到控制器的CPU，但通信过程中易受电磁噪声干扰导致信息错误，并且存在通信的滞后性，不能实时反映当前电动机转子的位置信息，从而影响到整个系统的控制效果。并且传统的电动机设计追求的是对单一目标的完成和实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，本发明提出了一种带有控制器的电动机，成本低，系统的可靠性高，系统响应速度快。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电动机，包括电动机本体、控制器和传感器；所述传感器用于感测电动机轴的转动，并将感测到的代表电动机轴位置的信息传输给控制器，通过控制器的处理，实现对电动机的精确控制；所述控制器包括外壳和控制模块；所述控制模块中的数据处理单元包括机械环控制子单元、电流环控制子单元、PWM控制信号产生子单元和传感器信号处理子单元；所述传感器信号处理子单元接收所述传感器输出的代表电动机角度的信息，并输出给所述的机械环控制子单元；所述传感器信号处理子单元还接收所述电流传感器的检测到的电流信号，经过A/D采样后输出给所述的电流环控制子单元；所述机械环控制子单元根据接收到的指令信号和电动机轴的转动角度，经过运算得到电流指令，并输出给所述的电流环控制子单元；所述电流环控制子单元根据接收到的电流指令的电流传感器输出的电流信号，经过运算得到三相电压的占空比控制信号，并输出给所述的PWM控制信号产生子单元；所述PWM控制信号产生子单元根据接收到的三相电压的占空比控制信号，生成具有一定顺序的六路PWM信号，分别作用于所述控制模块中的电动机驱动单元；所述电动机本体和控制器一体化设置；所述外壳将控制模块罩在外壳内，并通过连接件与电动机固定在一起；所述传感器包括磁钢环、导磁环和磁感应元件，其中；所述磁钢环固定在电动机轴上；所述导磁环固定在一骨架、并通过该骨架固定在电动机或控制器上；所述 导磁环由两段或多段同半径的弧段构成，相邻两弧段留有缝隙；所述磁感应元件置于该缝隙内，当电动机转动时；所述磁钢环和所述导磁环发生相对旋转动；所述磁感应元件将感测到的磁信号转换为电压信号；所述传感器设于外壳内，并位于电动机和控制模块之间或者位于控制模块之后；所述的电动机还包括风扇，用于对电动机及控制器进行散热；所述风扇位于风扇罩内，并置于远离电动机的外壳的最外端部或位于电动机、控制模块和传感器中任何两个部件之间；所述控制模块还包括电动机驱动单元和电流传感器；所述数据处理单元接收输入的指令信号、电流传感器采集的电动机输入电流信号和传感器输出的代表电动机位置的信息，经过数据处理，输出控制信号给所述的电动机驱动单元；所述电动机驱动单元根据所述的控制信号输出合适的电压给电动机，从而实现对电动机的精确控制；所述电动机驱动单元包括六个功率开关管；所述开关管每两个串联成一组，三组并联连接在直流供电线路之间，每一开关管的控制端受PWM控制信号产生子单元输出的PWM信号的控制，每一组中的两个开关管分时导通。

本发明提供了一种带有控制器的电动机，本发明中使用的控制器使得电动机与传感器的匹配灵活，并且，在使控制精度、系统响应速度、可靠性大大提高的同时，又降低了生产成本，因此提高了本发明中所述电动机的性价比。

附图说明

图1是本发明安装有风扇的电动机的分解图。

图2是本发明未安装风扇的电动机的分解图。

图3是本发明的传感器安装于轴上的结构原理图。

图4是本发明的传感器的立体分解图。

图5是本发明的传感器安装于轴上的立体图。

图6是本发明的传感器安装于轴上的另一立体图。

图7是磁钢环安装于轴上的立体图。

图8是导磁环安装于骨架上的立体图。

具体实施方式

以下对本发明进行详细地说明。本发明的电动机包括电动机本体401、控制器和磁电式传感器。控制器包括控制器外壳407和控制模块402。传感器用于感测电动机轴的转动，并将感测到的电压信号传输给控制器，通过控制器的处理，获得电动机轴转动的角度或位置，进而实现对电动机的精确控制。本发明中的电动机本体和控制器可以一体化设置，通过一体化设 置，缩短了磁电式传感器信号的传输路径，降低了信号干扰，因此，提高了控制的可靠性。

本发明的电动机还可以安装有风扇408，用于对电动机及控制器进行散热。风扇408位于风扇罩409内，并置于远离电动机的外壳的最外端部或位于电动机本体401、控制模块402和传感器中任何两个部件之间。控制器包括控制器外壳407和控制模块402，控制器外壳407将控制模块402罩在其内，并通过连接件与电动机本体401固定在一起。电动机系统由伺服控制器、电动机和编码器组成。控制模块包括数据处理单元、电动机驱动单元和电流传感器；所述数据处理单元为MCU；所述电动机驱动单元为IPM模块。MCU接收输入的指令信号、电流传感器采集的电动机输入电流信号和传感器输出的电压信号，经过数据处理，输出PWM信号给IPM，IPM根据PWM信号输出三相电压给电动机，从而实现对电动机的精确控制。整个系统是一个闭环的控制系统，控制周期短(一个控制周期只有几十个微秒)，响应快，精度高。传感器的信号处理电路位于该传感器中，控制器只需通过同步通讯接口接收该传感器的信号即可。在MCU的内部有CPU、A/D、同步通讯口和PWM信号产生模块等，A/D将电流传感器输入到MCU的模拟信号转换为数字信号，从而得到电流反馈。编码器将电动机角度位置信息通过同步口通讯传递给MCU。MCU中的CPU根据电流反馈和角度反馈运行控制程序。控制程序主要包含机械环和电流环，机械环根据设定指令和角度反馈，计算出电流指令，电流环根据电流指令和电流反馈，计算出三相电压占空比。PWM信号产生模块根据三相电压占空比，产生PWM信号，传递给IPM。IPM根据PWM信号，产生三相电压给电动机。控制器中包括用于处理来自于传感器的电压信号的信号处理电路，该部分与前述在传感器的说明中所述的信号处理电路相同。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的技术方案进行修改和等同替换，而不脱离本技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1. 一种带有控制器的电动机，包括电动机本体、控制器和传感器，其特征在于；所述传感器用于感测电动机轴的转动，并将感测到的代表电动机轴位置的信息传输给控制器；所述控制器接收该代表电动机轴位置的信息并进行处理，并精确控制电动机本体的运行；所述控制器包括外壳和控制模块；所述控制模块中的数据处理单元包括机械环控制子单元、电流环控制子单元、PWM 控制信号产生子单元和传感器信号处理子单元 ；所述控制模块还包括电流传感器 ；所述传感器设于外壳内，并位于电动机和控制模块之间或者位于控制模块之后；所述电动机还包括风扇，用于对电动机及控制器进行散热；所述风扇位于风扇罩内，并置于远离电动机的外壳的最外端部或位于电动机、控制模块和传感器中任何两个部件之间；所述控制模块还包括电动机驱动单元；所述数据处理单元接收输入的指令信号、电流传感器采集的电动机输入电流信号和传感器输出的代表电动机位置的信息，经过数据处理，输出控制信号给所述的电动机驱动单元；所述电动机驱动单元根据所述的控制信号输出合适的电压给电动机，从而实现对电动机的精确控制；所述电动机驱动单元包括六个功率开关管；所述开关管每两个串联成一组，三组并联连接在直流供电线路之间，每一开关管的控制端受 PWM 控制信号产生子单元输出的 PWM 信号的控制，每一组中的两个开关管分时导通；所述数据处理单元为 MCU；所述电动机驱动单元为 IPM 模块。