CN113452286A - 伺服电机驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种伺服电机驱动系统。所述伺服电机驱动系统包括：低压直流电源、控制器、至少一台驱动器和至少一台电机；所述低压直流电源和所述控制器均与至少一台驱动器连接，每台驱动器与至少一台电机连接；所述低压直流电源用于给所述至少一台驱动器供电；所述控制器用于控制所述至少一台驱动器驱动所述至少一台电机。本发明中，由于采用低压直流电源为驱动器供电，避免了系统中各种设备因交流电的相互干扰，且驱动器的内部器件之间的走线距离可以很少，从而节约了很大的布线面积，驱动器的整体尺寸可以大大减小。
Description
技术领域
本发明涉及伺服电机控制领域，尤其涉及一种伺服电机驱动系统。
背景技术
目前，交流伺服驱动器的原理是通过三相SPWM(正弦脉宽调制)逆变调制所用的功率器件，一般采用IGBT(晶体管)作为功率器件，采用交流电为其供电，也即输入的电压为交流380V或交流220V。由于采用高压交流为交流伺服驱动器进行供电，会引入较强且复杂的干扰，严重时甚至会影响到上位机控制器的正常工作，降低控制精度。且因为采用高压交流供电的原因，要求交流伺服驱动器中各个器件之间需要有较大的安全隔离空间，例如，两个IGBT管之间的走线距离要大于3mm，导致交流伺服驱动器的整体尺寸较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中交流伺服驱动系统要么存在干扰，致使控制精度较低；要么驱动器尺寸较大的缺陷，提供一种伺服电机驱动系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种伺服电机驱动系统，所述伺服电机驱动系统包括：低压直流电源、控制器、至少一台驱动器和至少一台电机；
所述低压直流电源和所述控制器均与至少一台驱动器连接，每台驱动器与至少一台电机连接；
所述低压直流电源用于给所述至少一台驱动器供电；
所述控制器用于控制所述至少一台驱动器驱动所述至少一台电机。
可选地，所述驱动器包括：第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管；
所述第一NMOS管的栅极、第二NMOS管的栅极、第三NMOS管的栅极、第四NMOS管的栅极、第五NMOS管的栅极、第六NMOS管的栅极均与所述控制器连接；
所述第一NMOS管的漏极分别与所述第二NMOS管的漏极、所述第三NMOS管的漏极连接，所述第一NMOS管的源极与所述第四NMOS管的漏极连接，所述第四NMOS管的源极分别与所述第五NMOS管的源极、所述第六NMOS管的源极连接，所述第五NMOS管的漏极与所述第二NMOS管的源极连接，所述第六NMOS管的漏极与所述第二NMOS管的源极连接；
所述电机的三相分别与所述第一NMOS管的源极、所述第二NMOS管的源极和所述第三NMOS管的源极连接。
可选地，在所述电机的数量大于一台的情况下，作减速运动的电机释放的电能供给做加速运动的电机。
可选地，所述驱动器还包括：
储能模块，用于存储所述电机作减速运动释放的电能。
可选地，所述控制器通过EtherCAT(以太网)总线与所述驱动器连接。
可选地，所述低压直流电源输出的电压范围为24V～48V。
可选地，所述伺服电机驱动系统还包括：第一扩展模块；
所述第一扩展模块的输入接口与所述第一NMOS管的源极、所述第二NMOS管的源极和所述第三NMOS管的源极连接；
所述第一扩展模块包含多个输出接口，每个输出接口用于与一台电机连接。
可选地，所述伺服电机驱动系统还包括：第二扩展模块；
所述第二扩展模块的输入接口与所述低压直流电源连接；
所述第二扩展模块包含多个输出接口，每个输出接口用于与一台驱动器连接。
本发明的积极进步效果在于：由于采用低压直流电源为驱动器供电，避免了系统中各种设备因交流电的相互干扰，且驱动器的内部器件之间的走线距离可以很少，从而节约了很大的布线面积，驱动器的整体尺寸可以大大减小。
附图说明
图1是本发明一示例性实施例示出的相关技术的一种伺服电机驱动系统的结构示意图；
图2是本发明一示例性实施例示出的一种伺服电机驱动系统的结构示意图；
图3是本发明一示例性实施例示出的一种驱动器的电路图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
相关技术中，交流伺服驱动器的原理是通过三相SPWM逆变调制所用的功率器件，一般采用IGBT管作为功率器件，采用交流电为其供电。参见图1，交流伺服驱动器13与三相交流电源11连接，三相交流电源11输出的电压(交流380V或交流220V)为交流伺服驱动器13供电，以使交流伺服驱动器13在上位机控制器12的控制下驱动电机14运动。由于采用高压交流为交流伺服驱动器进行供电，会引入较强且复杂的干扰，严重时甚至会影响到上位机控制器的正常工作。且因为采用高压交流供电的原因，要求交流伺服驱动器中各个器件之间需要有较大的安全隔离空间，例如，两个IGBT管之间的走线距离要大于3mm，导致交流伺服驱动器的整体尺寸较大。另外，由于交流伺服驱动器的能力有限，一台交流伺服驱动器只与一台电机连接，并驱动与其连接的电机运动。因此若需要扩展多个电机时，需要设置对应数量的交流伺服驱动器，通信用连接线缆也要对应的增加，增加了布置难度。
基于上述至少一种情况，本发明实施例提供一种伺服电机驱动系统。接下来对本说明书实施例进行详细说明。
图2是本发明一示例性实施例示出的一种伺服电机驱动系统的结构示意图，该伺服电机驱动系统包括：低压直流电源21、控制器22、多个驱动器23和多个电机24。
低压直流电源21与多个驱动器23连接，不限于图中示出的2台，可以是3台、4台，甚至更多。低压直流电源21用于给多个驱动器提供低压直流，电压范围为24V～48V。多个驱动器共直流母线，配线简单，可实现电能按需分配。
本实施例中的驱动器23采用低压伺服驱动器，因而可使用24V～48V的低压直流电源为其供电。由于采用低压供电，避免了系统中各种设备因交流电的相互干扰，且可以使得驱动器23的内部器件之间的走线距离可以很少，从而节约了很大的布线面积，也减少了不必要的高压器件，驱动器的整体尺寸可以大大减小。
控制器22可以但不限于通过EtherCAT总线或无线方式与多个驱动器23连接。控制器22用于根据实际需求控制驱动器23，以驱动电机的运动。EtherCAT总线是由EthreNet发展而来的，最早由Beckhoff开发，在各种工业场合广泛应用，在风力发电，数控机床，自动化等采用该总线连接。
本实施例中，每台驱动器23可以与多台电机24连接，不限于是图中示出的3台，可以是4台、5台，甚至更多。驱动器可以驱动与其连接的各台电机分别做不同速度的运动，例如，驱动4台电机中的2台作加速运动，2台作减速运动。
在一个实施例中，伺服电机驱动系统还包括：用于扩展驱动器的扩展模块，该扩展模块的输入接口与低压直流电源连接。扩展模块包含多个输出接口，每个输出接口用于与一台驱动器连接。在扩展驱动器时，无需额外增加配线，且提高了驱动器扩展的便捷性，使得系统中驱动器可以随用随扩展，每扩展一台驱动器，又可扩展多台电机。
在另一个实施例中，电机作减速运动会释放电能，可将该释放的电能供给至与同一台驱动器连接且做加速运动的电机。由于采用共直流母线的方式，因此多电机在配合运动时，正在减速运动的电机释放的电能可以供给加速的电机使用，而不必启用再生制动，使得电能得到充分合理的分配。
在另一个实施例中，驱动器包括储能模块，用于存储电机作减速运动释放的电能，以备不时之需。
在另一个实施例中，伺服电机驱动系统还包括：用于扩展电机的扩展模块；该扩展模块的输入接口与驱动器连接；扩展模块包含多个输出接口，每个输出接口用于与一台电机连接。本实施例中，采用扩展模块连接驱动器与电机，在扩展电机时，无需额外增加配线，且提高了电机扩展的便捷性，使得电机可以随用随扩展。
在图2的基础上，图3是本发明一示例性实施例示出的一种驱动器的电路图，驱动器包括：第一NMOS管Q1、第二NMOS管Q2、第三NMOS管Q3、第四NMOS管Q4、第五NMOS管Q5、第六NMOS管Q6。
第一NMOS管Q1的栅极、第二NMOS管Q2的栅极、第三NMOS管的栅极Q3、第四NMOS管的栅极Q4、第五NMOS管的栅极Q5、第六NMOS管Q6的栅极均与控制器连接；第一NMOS管Q1的漏极分别与第二NMOS管Q2的漏极、第三NMOS管Q3的漏极连接，第一NMOS管Q1的源极与第四NMOS管Q4的漏极连接，第四NMOS管Q4的源极分别与第五NMOS管的源极Q5、第六NMOS管Q6的源极连接，第五NMOS管Q5的漏极与第二NMOS管Q2的源极连接，第六NMOS管Q6的漏极与第二NMOS管Q2的源极连接。第一NMOS管Q1的源极(第四NMOS管Q4的漏极)、第二NMOS管Q2的源极(第五NMOS管Q5的漏极)、第三NMOS管的源极(第六NMOS管Q6的漏极)分别与电机的三相连接。MOS管的调制采用SPWM。
需要说明的是，若系统包含用于扩展电机的扩展模块；则该扩展模块的输入接口的三个引脚分别与第一NMOS管Q1的源极、第二NMOS管Q2的源极、第三NMOS管的源极连接，多个电机则连接于扩展模块的输出接口。
本实施例中，驱动器的内部执行单元采用MOS管，相比IGBT管，电机在配合运动时，不会频繁引起再生制动，不会浪费系统过多的电能，能耗低，与相同功率的交流伺服驱动器相比可以减少20％的能耗，相对应的发热量较低，从而驱动器可以降低对散热器的要求，可以采用标准散热器，使得散热设计变得简单。
并且，MOS管具有毫欧姆级的极低导通阻抗以及优良的高频特性，可以成倍的提高响应速度，而不会增加功耗，相比IGBT管能大幅提升控制精度。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种伺服电机驱动系统，其特征在于，所述伺服电机驱动系统包括：低压直流电源、控制器、至少一台驱动器和至少一台电机；
所述低压直流电源和所述控制器均与至少一台驱动器连接，每台驱动器与至少一台电机连接；
所述低压直流电源用于给所述至少一台驱动器供电；
所述控制器用于控制所述至少一台驱动器驱动所述至少一台电机。
2.如权利要求1所述的伺服电机驱动系统，其特征在于，所述驱动器包括：第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管；
所述第一NMOS管的栅极、第二NMOS管的栅极、第三NMOS管的栅极、第四NMOS管的栅极、第五NMOS管的栅极、第六NMOS管的栅极均与所述控制器连接；
所述第一NMOS管的漏极分别与所述第二NMOS管的漏极、所述第三NMOS管的漏极连接，所述第一NMOS管的源极与所述第四NMOS管的漏极连接，所述第四NMOS管的源极分别与所述第五NMOS管的源极、所述第六NMOS管的源极连接，所述第五NMOS管的漏极与所述第二NMOS管的源极连接，所述第六NMOS管的漏极与所述第二NMOS管的源极连接；
所述电机的三相分别与所述第一NMOS管的源极、所述第二NMOS管的源极和所述第三NMOS管的源极连接。
3.如权利要求1所述的伺服电机驱动系统，其特征在于，在所述电机的数量大于一台的情况下，作减速运动的电机释放的电能供给做加速运动的电机。
4.如权利要求1所述的伺服电机驱动系统，其特征在于，所述驱动器还包括：
储能模块，用于存储所述电机作减速运动释放的电能。
5.如权利要求1所述的伺服电机驱动系统，其特征在于，所述控制器通过EtherCAT总线与所述驱动器连接。
6.如权利要求1所述的伺服电机驱动系统，其特征在于，所述低压直流电源输出的电压范围为24V～48V。
7.如权利要求1所述的伺服电机驱动系统，其特征在于，所述伺服电机驱动系统还包括：第一扩展模块；
所述第一扩展模块的输入接口与所述第一NMOS管的源极、所述第二NMOS管的源极和所述第三NMOS管的源极连接；
所述第一扩展模块包含多个输出接口，每个输出接口用于与一台电机连接。
8.如权利要求1所述的伺服电机驱动系统，其特征在于，所述伺服电机驱动系统还包括：第二扩展模块；
所述第二扩展模块的输入接口与所述低压直流电源连接；
所述第二扩展模块包含多个输出接口，每个输出接口用于与一台驱动器连接。
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