CN206348619U - 一种带EtherCAT总线的直流驱动型伺服电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及伺服电机领域，具体地，涉及一种带EtherCAT总线的直流驱动型伺服电机，包括磁编码器、控制单板、逆变单板和伺服电机，所述磁编码器的信号输出接口连接至控制单板的反馈信号输入接口，控制单板的控制信号输出接口连接至逆变单板的控制信号输入接口，逆变单板的功率线输出连接至伺服电机；所述控制单板还包括EtherCAT接口，EtherCAT总线通过EtherCAT接口与控制单板连接；所述逆变单板还包括直流电输入接口，直流电通过直流电输入接口连接至逆变单板。本实用新型的电机大大地简化了系统接线，降低了体积，减小了故障率。

Description

一种带EtherCAT总线的直流驱动型伺服电机

技术领域

本实用新型涉及伺服电机领域，具体地，涉及一种带EtherCAT总线的直流驱动型伺服电机。

背景技术

目前工控设备一般包含HMI、PLC、驱动器、伺服电机、编码器等元件，这种方式下接线较为复杂，故障诊断困难，成本较高。驱动器内部一般包含整流单元、直流母线支撑电容、逆变单元、通信接口、开关电源电路、编码器接口、数字输入输出输出口、模拟输入输出口、可选的通信接口。这种工控设备的控制架构一般为，控制顶层有一个HMI触摸屏，中间层具有可选的PLC设备，底层含有一台或多台伺服驱动器，每台伺服驱动器驱动相连接的电机进行旋转运动。编码器一般安装在电机底部，采集速度信号送给驱动器。传统的伺服系统，电机和驱动器是分离的。采用交流供电，驱动器内部需要大量滤波电容，造成驱动器体积较大。驱动器有很多外部IO接口，一般通过外部IO接口对驱动器进行控制，这样造成驱动器接线复杂，故障率高。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本实用新型的目的在于提供一种带EtherCAT总线的直流驱动型伺服电机，大大地简化了系统接线，降低了体积，减小了故障率。

本实用新型的技术方案如下：

一种带EtherCAT总线的直流驱动型伺服电机，包括磁编码器、控制单板、逆变单板和伺服电机，所述磁编码器的信号输出接口连接至控制单板的反馈信号输入接口，控制单板的控制信号输出接口连接至逆变单板的控制信号输入接口，逆变单板的功率线输出连接至伺服电机；所述控制单板还包括EtherCAT接口，EtherCAT总线通过EtherCAT接口与控制单板连接；所述逆变单板还包括直流电输入接口，直流电通过直流电输入接口连接至逆变单板。磁编码器通过磁场感应检测出伺服电机的转速后将信号通过反馈信号输入接口传递给控制单板，控制单板结合EtherCAT总线传递的运动指令和磁编码器传递的反馈信号，经过控制信号输出接口向输出SVPWM信号给逆变单板，逆变单板根据接收到的SVPWM信号，驱动开关管动作，将直流电输入接口输入的直流电逆变成三相交流电通过功率线输出提供给伺服电机，从而控制电机旋转。所述逆变单板中集成有逆变电路。本实用新型的电机采用直流供电，减小了母线支撑电容，降低了产品体积；带高速EtherCAT总线接口，所有运动控制功能由上层应用实现，简化了底层的控制，使电机更加灵活；内部集成有逆变电路、磁编码器、普通伺服电机，使得接线更加简单，应用更加方便。

其中，所述控制单板是英飞凌公司的XMC4800微控制器，该XMC4800微控制器中集成有EtherCAT从站控制器(EtherCAT Slave Controller,ESC)，用于将电机接入EtherCAT总线，这样，所有的运动控制指令都可以通过EtherCAT总线高速地发送给本实用新型的一种带EtherCAT总线的直流驱动型伺服电机。

其中，所述EtherCAT总线的通信速率不小于100Mbps，可实现同时更新100个电机轴的数据只需要100us。

其中，所述EtherCAT总线具有分布式时钟，可以对总线上的所有电机进行同步工作。

其中，EtherCAT总线采用标准以太网物理层，可以和标准以太网协议兼容，因此，EtherCAT总线不需要采用专用的总线控制芯片，只需要一个通用的以太网控制器加上普通的网卡芯片即可，兼容性强。

本实用新型的一种带EtherCAT总线的直流驱动型伺服电机实时性强，EtherCAT协议的数据链路层完全由ESC实现，其通信性能不受微控制器运算速度的影响。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的电机设计有控制单板和逆变单板，内部集成有逆变电路、磁编码器、普通伺服电机以及完整的EtherCAT高速总线通信功能，使设备接线更加简单，应用更加方便；外部采用直流电源供电，去掉滤波电容以及其它控制IO，大大地简化了系统接线，降低了体积，减小了故障率。

从硬件上来看，本实用新型将所有与电机运动相关的硬件集成到电机里面，但是大部分运动控制的功能性实现是通过EtherCAT总线由用户完成的，增大了系统的灵活性，降低了硬件故障率。

附图说明

图1是本实用新型一种带EtherCAT总线的直流驱动型伺服电机的系统原理框图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。

如图1所示，本实用新型一种带EtherCAT总线的直流驱动型伺服电机，包括磁编码器、控制单板、逆变单板和伺服电机，所述磁编码器的信号输出接口连接至控制单板的反馈信号输入接口，控制单板的控制信号输出接口连接至逆变单板的控制信号输入接口，逆变单板的功率线输出连接至伺服电机；所述控制单板还包括EtherCAT接口，EtherCAT总线通过EtherCAT接口与控制单板连接；所述逆变单板还包括直流电输入接口，直流电通过直流电输入接口连接至逆变单板。磁编码器通过磁场感应检测出伺服电机的转速后将信号通过反馈信号输入接口传递给控制单板，控制单板结合EtherCAT总线传递的运动指令和磁编码器传递的反馈信号，经过控制信号输出接口向输出SVPWM信号给逆变单板，逆变单板根据接收到的SVPWM信号，驱动开关管动作，将直流电输入接口输入的直流电逆变成三相交流电通过功率线输出提供给伺服电机，从而控制电机旋转。所述逆变单板中集成有逆变电路。本实用新型的电机采用直流供电，减小了母线支撑电容，降低了产品体积；带高速EtherCAT总线接口，所有运动控制功能由上层应用实现，简化了底层的控制，使电机更加灵活；内部集成有逆变电路、磁编码器、普通伺服电机，使得接线更加简单，应用更加方便。

其中，所述控制单板是英飞凌公司的XMC4800微控制器，该XMC4800微控制器中集成有EtherCAT从站控制器(EtherCAT Slave Controller,ESC)，用于将电机接入EtherCAT总线，这样，所有的运动控制指令都可以通过EtherCAT总线高速地发送给本实用新型的一种带EtherCAT总线的直流驱动型伺服电机。

其中，所述EtherCAT总线的通信速率不小于100Mbps，可实现同时更新100个电机轴的数据只需要100us。

其中，所述EtherCAT总线具有分布式时钟，可以对总线上的所有电机进行同步工作。

其中，EtherCAT总线采用标准以太网物理层，可以和标准以太网协议兼容，因此，EtherCAT总线不需要采用专用的总线控制芯片，只需要一个通用的以太网控制器加上普通的网卡芯片即可，兼容性强。

本实用新型的一种带EtherCAT总线的直流驱动型伺服电机实时性强，EtherCAT协议的数据链路层完全由ESC实现，其通信性能不受微控制器运算速度的影响。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种带EtherCAT总线的直流驱动型伺服电机，其特征在于：包括磁编码器、控制单板、逆变单板和伺服电机，所述磁编码器的信号输出接口连接至控制单板的反馈信号输入接口，控制单板的控制信号输出接口连接至逆变单板的控制信号输入接口，逆变单板的功率线输出连接至伺服电机；所述控制单板还包括EtherCAT接口，EtherCAT总线通过EtherCAT接口与控制单板连接；所述逆变单板还包括直流电输入接口，直流电通过直流电输入接口连接至逆变单板。

2.根据权利要求1所述的一种带EtherCAT总线的直流驱动型伺服电机，其特征在于：所述控制单板是XMC4800微控制器。

3.根据权利要求2所述的一种带EtherCAT总线的直流驱动型伺服电机，其特征在于：所述XMC4800微控制器中集成有EtherCAT从站控制器。

4.根据权利要求1所述的一种带EtherCAT总线的直流驱动型伺服电机，其特征在于：所述EtherCAT总线的通信速率不小于100Mbps。

5.根据权利要求1所述的一种带EtherCAT总线的直流驱动型伺服电机，其特征在于：所述EtherCAT总线具有分布式时钟。

6.根据权利要求1所述的一种带EtherCAT总线的直流驱动型伺服电机，其特征在于：EtherCAT总线采用标准以太网物理层。