CN111010055A - 通用集成式永磁交流伺服系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种通用集成式永磁交流伺服系统，包括控制器、永磁交流电动机、反馈装置和电源电路，其特征在于，所述控制器、永磁交流电动机、反馈装置和电源电路均安装于一电气装置盒内，且所述控制器、永磁交流电动机、反馈装置和电源电路在所述电气装置盒内相互电气连接，所述电气装置盒内引出有电源线和通讯线，所述电源线位于所述电气装置盒内的一端连接于所述电源电路，所述通讯线位于所述电气装置盒内的一端连接于所述控制器。本发明取消动力线和编码器线，极大提高了伺服系统的抗干扰能力，同时降低对周边设备的干扰，提高伺服系统的稳定性，从而提高整个设备的稳定性。

Description

通用集成式永磁交流伺服系统

技术领域

本发明属于伺服系统技术领域，尤其是涉及一种通用集成式永磁交流伺服系统。

背景技术

如图1所示，通用永磁交流伺服系统主要由三部分组成：控制器功率放大器，伺服驱动器、永磁交流电动机、反馈装置编码器。目前通用的做法是控制器单独做成一个装置盒，永磁交流电动机和反馈装置在一个装置盒内，两个装置盒分开安装，两个装置盒之间用动力线和编码器线连接，组成一个永磁交流伺服系统。

目前通用的永磁交流系统的做法存在以下缺点：

1、控制器和反馈装置分开安装，装置盒之间的编码器线会受到外界的干扰，造成反馈信息出错，最终造成伺服系统报警或失控的问题。并且，装置盒之间的编码器线越长，受干扰的可能性越大；

2、控制器和永磁交流电动机分开安装，由于装置盒之间的动力线上电流为高频大电流，极易对周边设备和信号线造成干扰，导致周边设备故障。并且，装置盒之间的动力线越长，造成的干扰越严重；

3、装置盒之间的动力线和编码器线成本较高以1KW的伺服系统为例，一般占整个系统成本的10%左右；

4、机械设备布线时要考虑动力线和编码器线，提高电气布线难度；

5、装置盒之间动力线和编码器线的接插头易受到环境水，油，粉尘，振动等影响，造成接插头失效，影响伺服系统稳定性。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种通用集成式永磁交流伺服系统。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种通用集成式永磁交流伺服系统，包括控制器、永磁交流电动机、反馈装置和电源电路，其特征在于，所述控制器、永磁交流电动机、反馈装置和电源电路均安装于一电气装置盒内，且所述控制器、永磁交流电动机、反馈装置和电源电路在所述电气装置盒内相互电气连接，所述电气装置盒内引出有电源线和通讯线，所述电源线位于所述电气装置盒内的一端连接于所述电源电路，所述通讯线位于所述电气装置盒内的一端连接于所述控制器。

在上述的通用集成式永磁交流伺服系统中，所述电源电路包括IPM模块，且所述控制器通过所述IPM模块连接于所述永磁交流电动机。

在上述的通用集成式永磁交流伺服系统中，所述控制器及其外围电路、电源电路和反馈装置均集成于一PCB线路板上，且所述PCB线路板固定于所述电气装置盒中。

在上述的通用集成式永磁交流伺服系统中，所述电气装置盒包括永磁交流电动机壳体和位于所述永磁交流电动机壳体尾部且呈中空结构的尾部壳体，所述PCB线路板位于所述尾部壳体中，所述永磁交流电动机位于所述永磁交流电动机壳体中，且所述永磁交流电动机的输出轴延伸至永磁交流电动机壳体的前端外部，永磁交流电动机的动力线延伸至尾部壳体中以使动力线连接于所述IPM模块。

在上述的通用集成式永磁交流伺服系统中，所述PCB线路板的周向外侧具有安装半孔，所述尾部壳体周向内侧具有与所述安装半孔相适配的安装螺纹孔，以使所述PCB线路板通过螺栓连接的方式安装在所述尾部壳体中。

在上述的通用集成式永磁交流伺服系统中，所述尾部壳体与所述永磁交流电动机壳体之间具有用于隔热和密封的密封隔热垫。

在上述的通用集成式永磁交流伺服系统中，所述尾部壳体远离所述永磁交流电动机壳体的一端具有若干用于构成散热器的散热柱以使散热器与所述尾部壳体呈一体成型结构。

在上述的通用集成式永磁交流伺服系统中，所述尾部壳体的上端面开设有接线过孔，所述接线过孔上盖设有能够穿过所述电源线和通讯线的接线盖以使电源线和通讯线从外部穿入至所述尾部壳体中。

在上述的通用集成式永磁交流伺服系统中，所述控制器包括用以系统运算的DSP芯片和用以对各种信息进行预处理的可编程逻辑器件。

在上述的通用集成式永磁交流伺服系统中，所述的反馈装置包括采用GMR技术获取角度数据的磁角度传感器，且所述磁角度传感器通过SPI接口连接于DSP芯片以使DSP芯片直接读取磁角度传感器的角度数据。

本发明相较于现有技术的优点在于：

1、取消动力线和编码器线，极大提高了伺服系统的抗干扰能力，同时降低对周边设备的干扰，提高伺服系统的稳定性，从而提高整个设备的稳定性；

2、降低机械设备电气布线难度；

3、降低成本以1KW的伺服系统为例；，编码器线和动力线成本约10%，伺服系统机械结构成本降低约10%，反馈装置成本降低约10%，总成本可以降低约30%；

4、于一体式设计，减少机械设备电气安装空间，使机械设备更紧凑。

附图说明

图1是现有技术永磁交流伺服系统的结构示意图；

图2是本发明永磁交流伺服系统的结构框图；

图3是本发明永磁交流伺服系统的结构示意图；

图4是本发明永磁交流伺服系统的爆炸图；

图5是本发明永磁交流伺服系统的另一视角爆炸图；

图6是本发明永磁交流伺服系统中PCB线路板与尾部壳体的结构示意图；

图7是本发明永磁交流伺服系统中接线盖的结构示意图。

附图标记：控制器1；永磁交流电动机2；输出轴21；反馈装置3；IPM模块41；PCB线路板5；安装半孔51；电气装置盒6；永磁交流电动机壳体61；尾部壳体62；散热柱63；安装螺纹孔64；接线过孔65；密封隔热垫7；接线盖81；电源线82；通讯线83。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图2所示，本实施例公开了一种通用集成式永磁交流伺服系统，包括控制器1、永磁交流电动机2、反馈装置3和电源电路，其中本实施例的电源电路包括IPM模块41，且控制器1通过IPM模块41连接于永磁交流电动机2，这里可以采用三菱的智能IPM模块，集成完善的保护电路，提高系统的可靠性和效率，同时降低对散热的需求，使整个系统的结构更加紧凑，降低安装空间要求，进而提高系统的适用性。

特别地，本实施例的控制器1、永磁交流电动机2、反馈装置3和电源电路均安装于一电气装置盒6内，且控制器1、永磁交流电动机2、反馈装置3和电源电路在所述电气装置盒6内相互电气连接，取消外部动力线和编码器线，极大地提高了伺服系统的抗干扰能力，同时降低对周边设备的干扰，提高伺服系统的稳定性，从而提高整个设备的稳定性，同时降低机械设备的电气布线难度和成本，成本大约降低10%。

进一步地，电气装置盒6内引出有电源线82和通讯线83，电源线82位于电气装置盒6内的一端连接于电源电路，通讯线83位于电气装置盒6内的一端连接于控制器1。伺服系统外部接口只有电源线82和通讯线83，相较于传统外接的编码器线和动力线成本降低10%。

优选地，控制器1及其外围电路、电源电路和反馈装置3均集成于一PCB线路板5上，所述PCB线路板5固定于所述电气装置盒6中，这样各模块之间可以采用更高速的板级通讯方式，如SPI、UART、I²R等，极大地提高各模块之间的信号传递效率，提高整个系统的响应速率，减少插件的使用，提高耐环境能力。

优选地，本实施例中永磁交流电动机2采用永磁交流同步电机，降低损耗，提高系统效率。并且这里的控制器1采用TI的32位DSP芯片附以LATTICE的可编程逻辑器件CPLD，DSP芯片用于系统运算，CPLD用于对各种信号进行预处理等。这里150Mhz的主频极大地提高整个系统的运算能力。

优选地，反馈装置3采用基于GMR技术的磁角度传感器，且磁角度传感器通过SPI接口连接于DSP芯片以使DSP芯片直接读取磁角度传感器的角度数据，降低角度反馈延迟，提高伺服系统的响应，且由于磁角度传感器强大耐环境能力油污，粉尘，振动几乎不受影响，能够进一步提高伺服系统的稳定性，同时磁角度传感器的成本只有通用的光电编码器和旋变编码器的15%左右，进一步降低整个伺服系统的成本。

具体地，如图3-5所示，电气装置盒6包括永磁交流电动机壳体61和位于永磁交流电动机壳体61尾部且呈中空结构的尾部壳体62，PCB线路板5位于尾部壳体62中，永磁交流电动机2位于永磁交流电动机壳体61中，且永磁交流电动机2的输出轴21延伸至永磁交流电动机壳体61的前端外部，永磁交流电动机2的动力线延伸至尾部壳体62中以使动力线连接于所述IPM模块41。永磁交流电动机壳体61与尾部壳体62之间通过螺栓连接、卡扣连接等方式相互固定。

进一步地，尾部壳体62与永磁交流电动机壳体61之间具有用于隔热和密封的密封隔热垫7，两者之间采用密封隔热垫7进行填充密封以提高伺服系统的防护等级。

优选地，这里的尾部壳体62为散热器兼结构壳体，具体为：尾部壳体62远离永磁交流电动机壳体61的一端具有若干用于构成散热器的散热柱63以使散热器与所述尾部壳体62呈一体成型结构。尾部壳体62作为壳体结构的同时作为散热器，使机械设备更紧凑的同时保证散热效果。

进一步地，如图5和6所示，PCB线路板5的周向外侧具有安装半孔51，尾部壳体62周向内侧具有与所述安装半孔51相适配的安装螺纹孔64，以使PCB线路板5通过螺栓连接的方式安装在尾部壳体62中。

进一步地，如图5和图7所示，尾部壳体62的上端面开设有接线过孔65，接线过孔65上盖设有能够穿过所述电源线82和通讯线83的接线盖81以使电源线82和通讯线83从外部穿入至所述尾部壳体62中。接线盖81的侧面具有两个分别用于穿过电源线82和通讯线83的通孔，接线盖的底面81具有连通于通孔的底槽，且盖设在接线过孔65处时，底槽连通于接线过孔65。此外，接线盖81上具有螺纹孔，尾部壳体62上端面位于接线过孔65的外侧具有安装孔，所以这里通过螺栓依次穿过螺孔与安装孔的方式将接线盖81盖设在接线过孔65处。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了控制器1；永磁交流电动机2；输出轴21；反馈装置3；IPM模块41；PCB线路板5；安装半孔51；电气装置盒6；永磁交流电动机壳体61；尾部壳体62；散热柱63；安装螺纹孔64；接线过孔65；密封隔热垫7；接线盖81；电源线82；通讯线83等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种通用集成式永磁交流伺服系统，包括控制器（1）、永磁交流电动机（2）、反馈装置（3）和电源电路，其特征在于，所述控制器（1）、永磁交流电动机（2）、反馈装置（3）和电源电路均安装于一电气装置盒（6）内，且所述控制器（1）、永磁交流电动机（2）、反馈装置（3）和电源电路在所述电气装置盒（6）内相互电气连接，所述电气装置盒（6）内引出有电源线（82）和通讯线（83），所述电源线（82）位于所述电气装置盒（6）内的一端连接于所述电源电路，所述通讯线（83）位于所述电气装置盒（6）内的一端连接于所述控制器（1）。

2.根据权利要求1所述的通用集成式永磁交流伺服系统，其特征在于，所述电源电路包括IPM模块（41），且所述控制器（1）通过所述IPM模块（41）连接于所述永磁交流电动机（2）。

3.根据权利要求2所述的通用集成式永磁交流伺服系统，其特征在于，所述控制器（1）及其外围电路、电源电路和反馈装置（3）均集成于一PCB线路板（5）上，且所述PCB线路板（5）固定于所述电气装置盒（6）中。

4.根据权利要求3所述的通用集成式永磁交流伺服系统，其特征在于，所述电气装置盒（6）包括永磁交流电动机壳体（61）和位于所述永磁交流电动机壳体（61）尾部且呈中空结构的尾部壳体（62），所述PCB线路板（5）位于所述尾部壳体（62）中，所述永磁交流电动机（2）位于所述永磁交流电动机壳体（61）中，且所述永磁交流电动机（2）的输出轴（21）延伸至永磁交流电动机壳体（61）的前端外部，永磁交流电动机（2）的动力线延伸至尾部壳体（62）中以使动力线连接于所述IPM模块（41）。

5.根据权利要求4所述的通用集成式永磁交流伺服系统，其特征在于，所述PCB线路板（5）的周向外侧具有安装半孔（51），所述尾部壳体（62）周向内侧具有与所述安装半孔（51）相适配的安装螺纹孔（64），以使所述PCB线路板（5）通过螺栓连接的方式安装在所述尾部壳体（62）中。

6.根据权利要求5所述的通用集成式永磁交流伺服系统，其特征在于，所述尾部壳体（62）与所述永磁交流电动机壳体（61）之间具有用于隔热和密封的密封隔热垫（7）。

7.根据权利要求6所述的通用集成式永磁交流伺服系统，其特征在于，所述尾部壳体（62）远离所述永磁交流电动机壳体（61）的一端具有若干用于构成散热器的散热柱（63）以使散热器与所述尾部壳体（62）呈一体成型结构。

8.根据权利要求7所述的通用集成式永磁交流伺服系统，其特征在于，所述尾部壳体（62）的上端面开设有接线过孔（65），所述接线过孔（65）上盖设有能够穿过所述电源线（82）和通讯线（83）的接线盖（81）以使电源线（82）和通讯线（83）从外部穿入至所述尾部壳体（62）中。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的通用集成式永磁交流伺服系统，其特征在于，所述控制器（1）包括用以系统运算的DSP芯片和用以对各种信息进行预处理的可编程逻辑器件。

10.根据权利要求9所述的通用集成式永磁交流伺服系统，其特征在于，所述的反馈装置（3）包括采用GMR技术获取角度数据的磁角度传感器，且所述磁角度传感器通过SPI接口连接于DSP芯片以使DSP芯片直接读取磁角度传感器的角度数据。

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