CN208707564U - 自动化设备及其闭环步进电机驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种自动化设备及其闭环步进电机驱动器。该闭环步进电机驱动器包括：底座，与底座相适配的壳体、设置于所述壳体和底座之内且用于驱动电机的驱动控制板、位于所述壳体一侧或多侧并与所述驱动控制板相连的接口单元，所述接口单元包括电源接口单元、绕组接口单元、通讯接口单元、编码器接口单元以及用于传输控制信号的I/O接口单元；其中，所述I/O接口单元具有多个端子接口，所述端子接口数量大于10位。本实用新型具有减少PLC的I/O端口数量，减轻PLC的任务处理负担以及提升自动化设备处理任务速度的优点。

Description

自动化设备及其闭环步进电机驱动器

技术领域

本实用新型涉及电机驱动技术领域，特别涉及一种自动化设备及其闭环步进电机驱动器。

背景技术

步进电机驱动器通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到精确的调速和定位的目的，因此在自动化设备中的应用越来越广泛。随着自动化程度的提高，自动化设备中各类传感器不断增多，步进电机驱动器需要更多的I/O端口。以前的通常做法是将各类I/O端口集中输入到PLC(可编程逻辑控制器)里去，这样会造成PLC的I/O端口数量大幅增多，I/O端口模块庞大，不仅接线复杂麻烦，而且成本增加。此外，PLC的任务处理负担较重，整个控制系统的处理速度低下和性能不佳。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是，提供一种减少PLC的I/O端口数量并减轻PLC的任务处理负担的自动化设备及其闭环步进电机驱动器。

第一方面，本实用新型公开了一种闭环步进电机驱动器，其包括：底座，与底座相适配的壳体、设置于所述壳体和底座之内且用于驱动电机的驱动控制板、位于所述壳体一侧或多侧并与所述驱动控制板相连的接口单元，所述接口单元包括电源接口单元、绕组接口单元、通讯接口单元、编码器接口单元以及用于传输控制信号的I/O接口单元；其中，所述I/O接口单元具有多个端子接口，所述端子接口数量大于10位。

优选地，所述I/O接口单元包括至少一个高频I/O端口或/和至少一个低频I/O端口的一种或几种组合。

优选地，所述驱动控制板上设置有高频信号光耦电路或/和低频信号光耦电路，所述高频信号光耦电路与所述高频I/O端口电连接，所述低频信号光耦电路与所述低频I/O端口电连接，所述高频I/O端口输入或输出差分信号，所述低频I/O端口输入或输出低速单端信号。

优选地，所述高频信号光耦电路包括第一限流单元、防反接单元、第一滤波单元及第一高速信号隔离单元，所述第一限流单元与所述防反接单元及所述第一滤波单元电连接，所述第一高速信号隔离单元的第一端与所述第一滤波单元电连接。

优选地，所述驱动控制板上还设置有微处理器，所述第一限流单元包括相互并联的第一电阻及第二电阻，所述第一电阻的第一端及所述第二电阻的第一端均与所述I/O端口电连接，所述第一电阻的第二端及所述第二电阻的第二端均与所述第一高速信号隔离单元相连；

所述防反接单元包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述I/O端口电连接，所述第一二极管的阴极与所述第二电阻相连；所述第一滤波单元包括第一电容，所述第一电容与所述第一二极管并联。

优选地，所述驱动控制板上还设置有微处理器，所述低频信号光耦电路包括第二限流单元、第三滤波单元、第二隔离单元及第四滤波单元，所述第二限流单元与所述I/O端口及所述第二隔离单元电连接，所述第三滤波单元与所述第二限流单元电连接，所述第四滤波单元与所述第二隔离单元及所述微处理器电连接。

优选地，所述第二限流单元包括第五电阻，所述第五电阻的第一端与所述I/O端口电连接，所述第五电阻的第二端与所述第二隔离单元电连接；所述第三滤波单元包括第三电容，所述第三电容的第一端与所述I/O端口电连接，所述第三电容的第二端与所述第五电阻的第二端电连接；所述第四滤波单元包括第四电容，所述第四电容的第一端与所述第二隔离单元及所述微处理器电连接，所述第四电容的第二端接地。

优选地，所述电源接口单元、绕组接口单元、编码器接口单元、I/O接口单元和通讯接口单元依次设置于所述壳体的一侧。

优选地，所述壳体一侧的两相对端或对角位置处与所述底座一侧的两相对端或对角位置处相对应地设有相互匹配的安装口。

优选地，所述安装口包括至少一安装槽或至少一装配孔；其中，所述安装槽为方形安装槽或圆弧型安装槽，所述装配孔为圆形或方形装配孔。

优选地，所述闭环步进电机驱动器还包括设置于壳体一侧或多侧的显示单元，所述显示单元包括数码管、LED灯或液晶显示屏的一种或几种组合。

优选地，所述接口单元还包括用于调整驱动参数、地址以及观察驱动器状态的调试接口，所述调试接口设置于所述壳体任一侧壁上。

优选地，所述闭环步进电机驱动器还包括开关单元，其中，所述开关单元包括用于设置驱动器地址的拨码开关，所述拨码开关与所述调试接口设置于所述壳体的同一侧壁或相邻两侧壁上。

优选地，所述壳体上还设置有散热模块，所述散热模块包括散热片或/和散热风扇。

第二方面，本实用新型还公开了一种自动化设备，包括步进电机及如上述第一方面任一项所述的驱动所述步进电机的闭环步进电机驱动器。

本实用新型的自动化设备及闭环步进电机驱动器具有如下有益效果：由于本实用新型的闭环步进电机驱动器包括底座，与底座相适配的壳体、设置于所述壳体和底座之内且用于驱动电机的驱动控制板、位于所述壳体一侧或多侧并与所述驱动控制板相连的接口单元，所述接口单元包括电源接口单元、绕组接口单元、通讯接口单元、编码器接口单元以及用于传输控制信号的I/O接口单元；其中，所述I/O接口单元具有多个端子接口，所述端子接口数量大于10位。因此，其接线较简单，成本低，能够减少PLC的I/O端口数量并减轻PLC的任务处理负担，提升自动化设备处理任务速度。

附图说明

图1为本实用新型闭环步进电机驱动器第一种实施例的结构示意图；

图2为图1所示本实用新型闭环步进电机驱动器部分结构的结构示意图；

图3为图2的另一视角的结构示意图；

图4为图2的另一视角的结构示意图；

图5为图1所示本实用新型闭环步进电机驱动器部分结构的分解图；

图6为图1所示本实用新型闭环步进电机驱动器的第二壳体的结构示意图；

图7为图1所示本实用新型闭环步进电机驱动器的绝缘环的结构示意图；

图8为图1所示本实用新型闭环步进电机驱动器的高频信号光耦电路的电路图；

图9为图1所示本实用新型闭环步进电机驱动器的低频信号光耦电路的电路图；

图10为图1所示本实用新型闭环步进电机驱动器的低速差分输出信号处理电路的电路图；

图11为图1所示本实用新型闭环步进电机驱动器的低速单端输出信号处理电路的电路图；

图12为本实用新型闭环步进电机驱动器第二种实施例的结构示意图；

图13为本实用新型闭环步进电机驱动器第三种实施例的结构示意图；

图14为本实用新型闭环步进电机驱动器第四种实施例的结构示意图；

图15为本实用新型闭环步进电机驱动器第五种实施例的抱闸电路的电路图；

图16为本实用新型闭环步进电机驱动器第六种实施例的微处理器与通讯接口单元配合时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本实用新型的保护范围之内。

实施例1

请参阅图1至图14，本实用新型公开了一种闭环步进电机驱动器，其包括底座11、与底座相适配的壳体、设置于所述壳体和底座11之内且用于驱动电机的驱动控制板14、位于所述壳体一侧或多侧并与所述驱动控制板相连的接口单元。所述接口单元包括电源接口单元25、绕组接口单元24、通讯接口单元22、编码器接口单元23以及用于传输控制信号的I/O接口单元21；其中，所述I/O接口单元21具有多个端子接口，所述端子接口数量大于10位。在本实施例中，所述电源接口单元25、绕组接口单元24、编码器接口单元23、I/O接口单元21以及通讯接口单元22依次设置于所述壳体的一侧。可以理解的是，在一种实施例中，所述接口单元位于所述壳体的多侧，所述I/O接口单元25包括至少一个高频I/O端口或/和至少一个低频I/O端口的一种或几种组合等，在此不做具体限定。

所述底座11一侧的两相对端相对应地设有相互匹配的安装口，所述安装口包括一安装槽b及一装配孔a，所述安装槽呈U形，所述装配孔a呈圆形。可以理解的是，所述安装槽b及所述装配孔a的数量可以是两个或多个，所述安装槽b可以为方形安装槽或圆弧型安装槽等，所述装配孔a也可以为圆形或方形装配孔等，在此不做具体限定。在本实施例中，所述壳体还设置有第一装配引导槽c及第二装配引导槽d。所述第一装配引导槽c与所述装配孔a相连通。所述第一装配引导槽c的横截面积从背向所述装配孔a的一端到面向所述装配孔a的一端逐渐增大。所述第二装配引导槽d与所述安装槽b相连通，所述第二装配引导槽d的横截面积从背向所述安装槽b的一端到面向所述安装槽b的一端逐渐增大，因而较便于安装。

在本实施例中，所述壳体包括第一壳体12及第二壳体13。所述底座11设置有第一侧壁111及第二侧壁112，所述第一侧壁111与所述第二侧壁112相连。所述第一壳体12设置有第三侧壁121、第四侧壁122及第五侧壁123，所述第四侧壁122位置相对的两端分别与所述第三侧壁121及所述第五侧壁123相连，所述第三侧壁121及所述第五侧壁123位置相对设置，所述第四侧壁122与所述第二侧壁112位置相对设置。所述第二壳体13设置有与所述第一侧壁111位置相对的第六侧壁131，所述第二壳体13与所述第一壳体12相连。所述第一侧壁111上设置有所述装配孔a及所述安装槽b，所述安装槽b与所述装配孔a分别设置于所述第一侧壁111位置相对的两端。

所述第三侧壁121与所述第四侧壁122的连接处设置有所述第一装配引导槽c，第一装配引导槽c的横截面积从背向所述第一侧壁111的一端到面向所述第一侧壁111的一端逐渐增大。所述第四侧壁122与所述第五侧壁123的连接处设置有所述第二装配引导槽d，第二装配引导槽d的横截面积从背向所述第一侧壁111的一端到面向所述第一侧壁111的一端逐渐增大。在本实施例中，所述底座11为金属件，所述第一壳体12及第二壳体13为塑胶件，因而整体重量轻，便于运输及装配。可以理解是，所述底座11、第一壳体12及第二壳体13的材料在此不做具体限定。

当将本实用新型固定于目标物上时，首先将第一螺丝拧在目标物上，然后将安装槽b卡设在所述第一螺丝上，再在所述装配孔a插设第二螺丝以将本实用新型固定于目标物上。通过设置所述安装槽b，因而较便于插设所述第一螺丝。通过所述装配孔a及安装槽b的配合，因而不仅便于装配，而且固定于目标物上时较可靠，不易脱落。

所述第一壳体12盖设在所述底座11上，所述第一壳体12的所述第三侧壁121及所述第五侧壁123分别与所述底座11的所述第二侧壁112位置相对的两端缘相连。所述底座11与所述第一壳体12形成有容纳腔，所述第二壳体13盖设在所述容纳腔的腔口上，并与所述第一壳体12扣接相连，因而，其结构较紧凑，便于装配。在本实施例中，所述第一壳体12设置有扣接孔1231，所述第二壳体13设置有扣接臂133，所述扣接臂133与所述扣接孔1231扣接相连，以实现所述第二壳体13与所述第一壳体12扣接相连。

所述第四侧壁122设置有限位插槽124，所述第二壳体13设置有与所述限位插槽124配合的限位凸条132，所述限位凸条132插设在所述限位插槽124内，因而较好地避免所述第二壳体13与所述第一壳体12之间形成缝隙，避免外部灰尘等杂物掉入所述容纳腔内。较佳地，所述装配孔a与所述安装槽b均位于所述第三侧壁121的外壁面所在的平面与所述第五侧壁123的外壁面所在的平面之间，因而，无需有突出的安装位，不会有凸起，体积小，便于包装及运输。在本实施例中，所述装配孔a及安装槽b位于所述第一侧壁111的同一侧，因而在安装时便于右手拧螺丝，其符合人体工学，较便于装配。此外，其避免了对角线设置时需要对金属材质的第一壳体12设置引导槽，导致成本过高的问题。

所述闭环步进电机驱动器还包括绝缘导热件15，所述驱动控制板14设置于所述壳体内，即所述驱动控制板14位于所述容纳腔内，所述驱动控制板14上朝向所述第二侧壁112的一侧间隔设置有若干个功率管16。所述绝缘导热件15设置于所述功率管16与所述第二侧壁112之间，所述绝缘导热件15的位置相对的两侧分别与功率管16及所述第二侧壁112相抵持，所述第二侧壁112为导热金属板。通过所述绝缘导热件15将若干个功率管16的热量传导至所述壳体上，因而可延长所述功率管16的使用寿命。

在本实施例中，若干个所述功率管16及所述绝缘导热件15位于所述驱动控制板14的一端，因而其结构较紧凑，便于生产。所述第二侧壁112背向所述功率管16的一侧间隔设置有若干个散热鳍片，因而可进一步提高散热效率。

所述驱动控制板14上设置有用于与所述第二侧壁112固定的若干个固定孔141、设置在所述固定孔141上的绝缘环17及固定柱18。所述固定柱18贯穿所述固定孔141及所述绝缘环17，以将所述驱动控制板14固定到所述第二侧壁112上。通过设置所述绝缘环17，可较好地避免所述固定柱18与所述驱动控制板14上的电路接触，以导致驱动控制板14上的电路短路。在本实施例中，所述绝缘环17包括插设于所述固定孔141内的固定部171及位于所述固定孔141外的限位部172，所述限位部172的横截面积大于所述固定部171的横截面积，因而便于装配。

所述I/O端口21、通讯接口单元22及编码器接口单元23均位于所述壳体的第侧六壁131上，所述通讯接口单元22位于所述I/O端口21第一端，所述编码器接口单元23位于所述I/O端口21的第二端，因而使用时外部导线不容易缠绕，便于用户使用，用户体验好。所述端子接口的端子与一连接件20连接，并呈双排对称排列，即所述端子接口排成两排，其中的一排所述端子与另一排所述端子一一对应设置，所述I/O端口21通过所述连接件20与外部设备相连。通过设置所述连接件20，因而便于与信号线连接，较便于用户使用。所述I/O端口包括高频I/O端口和低频I/O端口。当然，所述I/O端口可以仅为高频I/O端口或低频I/O端口，在此不做具体限定。在一种实施例中，所述I/O端口可以呈单排排列。

可以理解的是，所述通讯接口单元22及所述编码器接口单元23可以与所述I/O端口21相接触或者间隔预设距离，在此不做具体限定。在本实施例中，所述通讯接口单元22与所述编码器接口单元23分别位于所述I/O端口21位置相对的两端。所述I/O端口21用于输入或/和输出控制信号，所述通讯接口单元22用于与外部总线连接，所述编码器接口单元23用于与步进电机电连接以获取步进电机的位置信息。其中，所述闭环步进电机驱动器也称为混合伺服驱动器、步进伺服驱动器等，其特点是：利用闭环控制原理，来驱动带位置反馈的步进电机。在本实施例中，本实用新型的所述闭环步进电机驱动器是采用单芯片ARM处理器的基于EtherCAT总线的闭环步进电机驱动器。

优选地，所述接口单元还包括用于调整驱动参数、地址以及观察驱动器状态的调试接口28，所述电源接口单元25、通讯接口单元22和编码器接口单元23均设置于所述壳体的同一个侧壁上，所述调试接口28与所述电源接口单元25分别设置于所述壳体相邻的两侧壁上。可以理解的是所述调试接口28可设置于所述壳体任一侧壁上，其位置在此不做具体限定。

优选地，所述闭环步进电机驱动器还包括设置于壳体一侧的显示单元26及开关单元27，所述绕组接口单元24位于所述编码器接口单元23的背离所述I/O端口21的一侧，所述绕组接口单元24用于与电机电连接以驱动电机。所述绕组接口单元24与所述编码器接口单元23间隔预定距离，因而不仅避免所述绕组接口单元24与所述编码器接口单元23之间的信号相互干扰，而且便于用户使用。较佳地，所述绕组接口单元24与所述编码器接口单元23间隔1-2.5mm。在本实施例中，所述绕组接口单元24与所述编码器接口单元23间隔1.5mm。可以理解的是，所述绕组接口单元24与所述编码器接口单元23间隔距离在此不做具体限定，所述电源端口25位于所述绕组接口单元24远离所述I/O端口21的一侧，即将所述绕组接口单元24与所述电源端口25设置在所述壳体的一端，因而便于连接外部电源。可以理解的是，所述显示单元也可以设置于壳体多侧，在此不做具体限定。所述开关单元27包括用于设置驱动器地址的拨码开关，所述拨码开关与所述调试接口设置于所述壳体的同一侧壁上。在一种实施例中，所述拨码开关与所述调试接口分别设置于所述壳体的相邻两侧壁上。

由于所述显示单元26位于所述通讯接口单元22的背离所述I/O端口21的一侧，因而较好地避免外部导线的阻挡，从而便于用户观察本实用新型的工作状态。为了更好地避免与本实用新型相连的导线相互缠绕，便于用户使用，所述显示单元26、所述通讯接口单元22、所述I/O端口21、所述编码器接口单元23、所述绕组接口单元24及所述电源端口25依次呈线性设于所述壳体的第六侧壁131上，也就是说，所述显示单元26、所述通讯接口单元22、所述I/O端口21、所述编码器接口单元23、所述绕组接口单元24及所述电源端口25位于同一直线上，因而较便于用户使用。所述拨码开关27设置于所述壳体的第三侧壁121上。所述调试接口28设置于所述壳体的第三侧壁121上，并与所述拨码开关27间隔预设距离设置。所述拨码开关与所述调试接口28均设置于所述壳体的同一个侧壁上，具体地，所述拨码开关27及所述调试接口28均设置在所述第三侧壁121上，因而便于维护及使用。其中，所述显示单元26可以为数码管、LED灯或液晶显示屏的一种或几种组合等，在此不做具体限定。

优选地，所述连接件20包括插头201和接线孔202，所述插头201与所述I/O端口21的端子相适配，所述接线孔202与信号线连接。较佳地，所述连接件20还包括对应每个接线孔202设置的弹性按压件203。使用时，先将所述信号线插设在所述接线孔202内，然后按压所述弹性按压件203，从而使所述弹性按压件203夹持在所述信号线上，以使信号线与所述连接件20紧密相连，因而较便于连接所述信号线。

请参见图8，所述驱动控制板14上设置有高频信号光耦电路31、低频信号光耦电路32、低速差分输出信号处理电路33、低速单端输出信号处理电路34及微处理器(图中未示出)。所述高频信号光耦电路31与所述高频I/O端口电连接，所述低频信号光耦电路32与所述低频I/O端口电连接，所述高频I/O端口输入或输出差分信号，所述低频I/O端口输入或输出低速单端信号。可以理解的是，在一种实施例中，可以无需设置所述高频信号光耦电路31或低频信号光耦电路32。

在本实施例中，所述高频信号光耦电路31包括第一限流单元311、防反接单元312、第一滤波单元313、第一高速信号隔离单元314及第二滤波单元315，所述第一限流单元311与所述防反接单元312及所述第一滤波单元313电连接，所述第一高速信号隔离单元314的第一端与所述第一滤波单元313及所述第二滤波单元315电连接。在本实施例中，所述第一限流单元311的数量为两个，每个所述第一限流单元311包括相互并联的第一电阻R1及第二电阻R2，所述第一电阻R1的第一端及所述第二电阻R2的第一端均与所述I/O端口21电连接，所述第一电阻R1的第二端及所述第二电阻R2的第二端均与所述第一高速信号隔离单元314相连。

所述防反接单元312包括第一二极管D1，所述第一二极管D1的阳极与所述I/O端口21电连接，所述第一二极管D1的阴极与所述第二电阻R2相连。

所述第一滤波单元313包括第一电容C1，所述第一电容C1与所述第一二极管D1并联。

所述第二滤波单元315包括第二电容C2、第三电阻R3及第四电阻R4，所述第三电阻R3的第一端与所述第一高速信号隔离单元314电连接，所述第三电阻R3的第二端与所述微处理器电连接，所述第四电阻R4的第一端与所述第三电阻R3的第一端相连，所述第二电容C2的第一端与所述第三电阻R3的第二端相连，所述第二电容C2的第二端接地。本实用新型的所述高频信号光耦电路31具有结构简单及信号传输稳定可靠的优点。

请参见图9，所述低频信号光耦电路32包括第二限流单元321、第三滤波单元322、第二隔离单元323及第四滤波单元324，所述第二限流单元321与所述I/O端口21及所述第二隔离单元323电连接，所述第三滤波单元322与所述第二限流单元321电连接，所述第四滤波单元324与所述第二隔离单元323及所述微处理器电连接。在本实施例中，所述第二限流单元321包括第五电阻R5，所述第五电阻R5的第一端与所述I/O端口21电连接，所述第五电阻R5的第二端与所述第二隔离单元323电连接。

所述第三滤波单元322包括第三电容C3，所述第三电容C3的第一端与所述I/O端口21电连接，所述第三电容C3的第二端与所述第五电阻R5的第二端电连接。

所述第四滤波单元324包括第四电容C4，所述第四电容C4的第一端与所述第二隔离单元323及所述微处理器电连接，所述第四电容C4的第二端接地。在本实施例中，所述第二限流单元321、第三滤波单元322、第二隔离单元323及第四滤波单元324的数量为若干个，可以理解的是，所述第二限流单元321、第三滤波单元322、第二隔离单元323及第四滤波单元324的数量可根据需要进行设置，在此不做具体限定。本实用新型所述的低频信号光耦电路32具有结构简单的优点。

所述低速差分输出信号处理电路33包括第三限流单元331、第三隔离单元332及第一信号放大单元333，所述第三限流单元331与所述第三隔离单元332电连接，所述第一信号放大单元333与所述第三隔离单元332电连接。在本实施例中，所述第三限流单元331包括第六电阻R6，所述第六电阻R6的第一端接第一电源，所述第六电阻R6的第二端与所述第三隔离单元332电连接。所述第一信号放大单元333包括第一三极管Q1、第二二极管D2及第七电阻R7，所述第一三极管Q1的基极与所述第三隔离单元332电连接，所述第一三极管Q1的发射极与所述I/O端口21电连接，所述第一三极管Q1的集电极与所述第三隔离单元332及所述I/O端口21电连接。所述第二二极管D2的阳极与所述第一三极管Q1的发射极电连接，所述第二二极管D2的阴极与所述第一三极管Q1的集电极电连接。所述第七电阻R7的第一端与所述第一三极管Q1的基极相连，所述第七电阻R7的第二端与所述第一三极管Q1的发射极电连接。其信号传输稳定可靠。

所述低速单端输出信号处理电路34包括第四限流单元341、第四隔离单元342及第二信号放大单元343，所述第四限流单元341与所述第四隔离单元342电连接，所述第二信号放大单元343与所述第四隔离单元342电连接。在本实施例中，所述第四限流单元341包括第八电阻R8，所述第八电阻R8的第一端接第一电源，所述第八电阻R8的第二端与所述第四隔离单元342电连接。所述第二信号放大单元343包括第二三极管Q2、第三二极管D3及第九电阻R9，所述第二三极管Q2的基极与所述第四隔离单元342电连接，所述第二三极管Q2的发射极与所述I/O端口21电连接，所述第二三极管Q2的集电极与所述第四隔离单元342及所述I/O端口21电连接。所述第三二极管D3的阳极与所述第二三极管Q2的发射极电连接，所述第三二极管D3的阴极与所述第二三极管Q2的集电极电连接。所述第九电阻R9的第一端与所述第二三极管Q2的基极相连，所述第九电阻R9的第二端与所述第二三极管Q2的发射极电连接。在本实施例中，所述第四限流单元341、第四隔离单元342及第二信号放大单元343的数量为若干个。可以理解的是，所述第四限流单元341、第四隔离单元342及第二信号放大单元343的数量可根据需要进行设置，在此不做具体限定。

由上可知，由于本实用新型的闭环步进电机驱动器包括底座11，与底座11相适配的壳体、设置于所述壳体和底座11之内且用于驱动电机的驱动控制板14、位于所述壳体一侧或多侧并与所述驱动控制板14相连的接口单元，所述接口单元包括电源接口单元25、绕组接口单元24、通讯接口单元22、编码器接口单元23以及用于传输控制信号的I/O接口单元21；其中，所述I/O接口单元21具有多个端子接口，所述端子接口数量大于10位。因此，其接线较简单，成本低，能够减少PLC的I/O端口数量并减轻PLC的任务处理负担，提升自动化设备处理任务速度。

实施例2

请参阅图12，本实施例与实施例1的结构相似，本实施例与实施例1均包括壳体、设置于所述壳体内的用于驱动电机的驱动控制板14、与所述驱动控制板14相连的开关单元27及位于所述壳体一侧并与所述驱动控制板14相连的接口单元。所述接口单元包括电源接口单元25、通讯接口单元22和编码器接口单元23，所述壳体设置有装配孔a、安装槽b、第一装配引导槽c及第二装配引导槽d。所述安装槽b与所述装配孔a分别设置于所述壳体位置相对的两端，所述第一装配引导槽c与所述装配孔a相连通。所述第一装配引导槽c的横截面积从背向所述装配孔a的一端到面向所述装配孔a的一端逐渐增大。所述第二装配引导槽d与所述安装槽b相连通，所述第二装配引导槽d的横截面积从背向所述安装槽b的一端到面向所述安装槽b的一端逐渐增大。其不同之处在于：本实施例的所述第一壳体12与所述第二壳体13为一体成型结构。

实施例3

请参阅图13，本实施例与实施例1的结构相似，本实施例与实施例1均包括壳体、设置于所述壳体内的用于驱动电机的驱动控制板14、与所述驱动控制板14相连的开关单元27及位于所述壳体一侧并与所述驱动控制板14相连的接口单元。所述接口单元包括电源接口单元25、绕组接口单元24、通讯接口单元22、编码器接口单元23以及用于传输控制信号的I/O接口单元21，所述I/O接口单元21具有多个端子接口，所述端子接口数量大于10位。所述壳体设置有装配孔a、安装槽b、第一装配引导槽c及第二装配引导槽d。所述安装槽b与所述装配孔a分别设置于所述壳体位置相对的两端，所述第一装配引导槽c与所述装配孔a相连通。所述第一装配引导槽c的横截面积从背向所述装配孔a的一端到面向所述装配孔a的一端逐渐增大。所述第二装配引导槽d与所述安装槽b相连通，所述第二装配引导槽d的横截面积从背向所述安装槽b的一端到面向所述安装槽b的一端逐渐增大。其不同之处在于：本实施例的所述装配孔a为多边形。可以理解的是，所述装配孔a可以为三角形、异形或者多边形等。

实施例4

请参阅图14，本实施例与实施例1的结构相似，本实施例与实施例1均包括壳体、设置于所述壳体内的用于驱动电机的驱动控制板14、与所述驱动控制板14相连的开关单元27及位于所述壳体一侧并与所述驱动控制板14相连的接口单元。所述接口单元包括电源接口单元25、绕组接口单元24、通讯接口单元22、编码器接口单元23以及用于传输控制信号的I/O接口单元21，所述I/O接口单元21具有多个端子接口，所述端子接口数量大于10位。所述壳体设置有装配孔a、安装槽b、第一装配引导槽c及第二装配引导槽d。所述安装槽b与所述装配孔a分别设置于所述壳体位置相对的两端，所述第一装配引导槽c与所述装配孔a相连通。所述第一装配引导槽c的横截面积从背向所述装配孔a的一端到面向所述装配孔a的一端逐渐增大。所述第二装配引导槽d与所述安装槽b相连通，所述第二装配引导槽d的横截面积从背向所述安装槽b的一端到面向所述安装槽b的一端逐渐增大。其不同之处在于：本实施例的所述壳体上还设置有散热模块，具体地，所述第三侧壁121设置有散热孔1211，所述散热模块为散热风扇(图中未标示)，所述散热风扇位于所述壳体内并与所述散热孔1211位置对应设置，因而可更好地进行散热。可以理解的是，所述散热模块可以是散热片等，在此不做具体限定。

实施例5

请参阅图15，本实施例与实施例1的结构相似，本实施例与实施例1均包括壳体、设置于所述壳体内的用于驱动电机的驱动控制板14、与所述驱动控制板14相连的开关单元27及位于所述壳体一侧并与所述驱动控制板14相连的接口单元。所述接口单元包括电源接口单元25、绕组接口单元24、通讯接口单元22、编码器接口单元23以及用于传输控制信号的I/O接口单元21，所述I/O接口单元21具有多个端子接口，所述端子接口数量大于10位。所述壳体设置有装配孔a、安装槽b、第一装配引导槽c及第二装配引导槽d。所述安装槽b与所述装配孔a分别设置于所述壳体位置相对的两端，所述第一装配引导槽c与所述装配孔a相连通。所述第一装配引导槽c的横截面积从背向所述装配孔a的一端到面向所述装配孔a的一端逐渐增大。所述第二装配引导槽d与所述安装槽b相连通，所述第二装配引导槽d的横截面积从背向所述安装槽b的一端到面向所述安装槽b的一端逐渐增大。

其不同之处在于：本实用新型的闭环步进电机驱动器还包括抱闸电路41，所述抱闸电路41一端与所述I/O接口单元21相连接，另一端与所述微处理器相连接。在本实施例中，所述抱闸电路41包括抱闸驱动电路411和抱闸器412。其中，所述抱闸驱动电路411包括第五隔离单元413和放大电路414，所述微处理器通过第五隔离单元413连接放大电路414，放大电路414用于将第五隔离单元413输出的电流信号放大输出至抱闸器412。

在本实施例中，所述第五隔离单元413包括光电耦合器415及第十电阻R10，所述光电耦合器415的发光二极管的阳极与所述第十电阻R10的第一端电连接，所述光电耦合器415的发光二极管的阴极与所述微处理器电连接，所述第十电阻R10的第二端用于与供电电源Vcc1电连接。所述光电耦合器415的光敏三极管的集电极及发射极均与所述放大电路414电连接。由于光电耦合器415具有响应速度快、占空比可任意调及抗干扰能力强的优点，因而可提高本实用新型抱闸电路41的响应速度及抗干扰能力。此外，光电耦合器415属电流型器件，对电压性噪声能有效地抑制。在一种实施例中，可将所述光电耦合器415的光敏三极管替换成光敏二极管。因此，所述第五隔离单元413的结构在此不做具体限定，只要能够在所述微处理器的控制下，实现对所述放大电路414的控制即可。

所述放大电路414包括信号放大三极管Q4及第十一电阻R11，所述信号放大三极管Q4的基极与所述光敏三极管的发射极电连接，所述信号放大三极管Q4的集电极与所述光敏三极管的集电极电连接，所述信号放大三极管Q4的发射极接地。所述信号放大三极管Q4的集电极还用于与所述抱闸器412的内部线圈电连接。在本实施例中，所述放大电路414还可以作为控制电流信号输出至抱闸器412的开关电路。所述第十一电阻R11的第一端与所述信号放大三极管Q4的基极电连接，所述第十一电阻R11的第二端与所述信号放大三极管Q4的发射极电连接。本实用新型的所述放大电路414具有结构简单及可靠性高的优点。在一种实施例中，所述放大电路414包括：三极管、MOSFET晶体管或者绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，即可以将所述信号放大三极管Q4替换成MOSFET晶体管或者绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)。因此，所述放大电路414的结构在此不做具体限定。

所述抱闸电路41还包括保护单元416，所述保护单元416一端连接所述放大电路414，另一端连接抱闸器412的电源输入端。由于抱闸器412的内部线圈为感性器件，感性器件在开关时有较大的dv/dt(电压上升速率)，会干扰到驱动器接收的指令甚至整个系统的正常运行。因此，通过设置所述保护单元416，因而可提高所述抱闸电路41的抗干扰能力。在本实施例中，所述保护单元416为二极管，所述二极管设于所述电路基板上，所述二极管的阳极与所述信号放大三极管Q4的集电极相连，所述二极管的阴极用于与所述连接抱闸器412的电源输入端电连接。在一种实施例中，所述保护单元416包括：二极管或电阻、电容组成的网络，因此，所述保护单元416的结构再此不做具体限定。本实用新型的所述保护单元416具有结构简单，可靠性高的优点。

当通电时所述微处理器输出低电平信号以驱动所述第五隔离单元413开启，所述第五隔离单元413的发光二极管发光，所述光敏三极管通道，以使所述第五隔离单元413驱动所述放大电路414工作，即所述信号放大三极管Q4导通，抱闸器412的内部线圈有电流通过，线圈电流产生的磁场使电机轴处于自由状态。当电源切断时，所述微处理器输出高电平信号，所述发光二极管熄灭，所述第五隔离单元413关闭，所述信号放大三极管Q4截止，抱闸器412的内部线圈没有电流经过，抱闸器412处于常闭状态，电机轴处于锁死状态。

实施例6

请参阅图16，本实施例与实施例1的结构相似，本实施例与实施例1均包括壳体、设置于所述壳体内的用于驱动电机的驱动控制板14、与所述驱动控制板14相连的开关单元27及位于所述壳体一侧并与所述驱动控制板14相连的接口单元。所述接口单元包括电源接口单元25、绕组接口单元24、通讯接口单元22、编码器接口单元23以及用于传输控制信号的I/O接口单元21，所述I/O接口单元21具有多个端子接口，所述端子接口数量大于10位。所述壳体设置有装配孔a、安装槽b、第一装配引导槽c及第二装配引导槽d。所述安装槽b与所述装配孔a分别设置于所述壳体位置相对的两端，所述第一装配引导槽c与所述装配孔a相连通。所述第一装配引导槽c的横截面积从背向所述装配孔a的一端到面向所述装配孔a的一端逐渐增大。所述第二装配引导槽d与所述安装槽b相连通，所述第二装配引导槽d的横截面积从背向所述安装槽b的一端到面向所述安装槽b的一端逐渐增大。

其不同之处在于：本实用新型的所述通讯接口单元包括通讯协议物理层电路51及通讯接口52，所述通讯接口52通过通讯协议物理层电路51与微处理器相连接。所述通讯接口单元还包括抗干扰电路，所述抗干扰电路通过所述通讯协议物理层电路51与所述微处理器电连接。所述抗干扰电路包括第一共模电感a’及第一瞬态抑制二极管b’，所述第一瞬态抑制二极管b’的第一端与所述第一共模电感a’的第一端相连。所述第一瞬态抑制二极管b’的第二端与信息输入插座521相连，所述信息输入插座521为通讯信号的输入接口。具体地，所述信息输入插座521为RJ45；所述RJ45是布线系统中信息插座(即通讯引出端)连接器的一种。所述第一瞬态抑制二极管b’具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，所述第一瞬态抑制二极管b’能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。所述第一共模电感a’用于过滤共模的电磁干扰信号，同时起EMI滤波的作用，用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。因此，所述基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统具有抗干扰能力强的优点。

在本实施例中，所述抗干扰电路连接有第一变压器c’，所述第一变压器c’与所述第一共模电感a’电连接，所述第一变压器c’用于将所述第一共模电感a’传过来是信号传送至所述微处理器。

所述抗干扰电路还包括第二瞬态抑制二极管d’及第二共模电感e’，所述第一变压器c’的第二端与所述第二瞬态抑制二极管d’的第一端电连接，所述第二瞬态抑制二极管d’的第二端与所述第二共模电感e’的第一端电连接，所述第二共模电感e’的第二端通过第一端口物理层511与所述微处理器电连接。因此，所述基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统具有抗干扰能力强的优点。

所述抗干扰电路还包括第三共模电感f’及第三瞬态抑制二极管g’，所述第三瞬态抑制二极管g’的第一端与所述第三共模电感f’的第一端相连，所述第三瞬态抑制二极管g’的第二端与信息输出插座522相连，所述信息输出插座522为通讯信号的输出接口。具体地，所述信息输出插座522为RJ45。所述第三瞬态抑制二极管g’具有极快的响应时间(亚纳秒级)和相当高的浪涌吸收能力。当它的两端经受瞬间的高能量冲击时，所述第三瞬态抑制二极管g’能以极高的速度把两端间的阻抗值由高阻抗变为低阻抗，以吸收一个瞬间大电流，把它的两端电压箝制在一个预定的数值上，从而保护后面的电路元件不受瞬态高压尖峰脉冲的冲击。所述第三共模电感f’用于过滤共模的电磁干扰信号，同时起EMI滤波的作用，用于抑制高速信号线产生的电磁波向外辐射发射。因此，所述基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统具有抗干扰能力强的优点。

所述抗干扰电路连接有第二变压器h’，所述第二变压器h’的第一端与所述第三共模电感f’电连接，所述第二变压器h’用于将所述第三共模电感f’传过来的信号传送至所述微处理器。

所述抗干扰电路还包括第四瞬态抑制二极管i’及第四共模电感j，所述第二变压器h’的第二端与所述第四瞬态抑制二极管i’的第一端电连接，所述第四瞬态抑制二极管i’的第二端与所述第四共模电感j的第一端电连接，所述第四共模电感j的第二端通过第二端口物理层512与所述微处理器电连接。因此，所述基于EtherCAT协议的闭环步进电机控制系统具有抗干扰能力强的优点。

实施例7

本实用新型还公开一种自动化设备，所述自动化设备包括步进电机和驱动该步进电机的上述实施例1至6任一项实施例所述的闭环步进电机驱动器。该自动化设备的闭环步进电机驱动器与上述所述的闭环步进电机驱动器结构相同。其中，所述自动化设备可以是机器人、机床、点胶机或印刷机等，在此不做具体限定。

本实用新型的自动化设备由于采用上述实施例1至6任一项实施例所述的闭环步进电机驱动器，其接口单元包括电源接口单元、绕组接口单元、通讯接口单元22单元、编码器接口单元以及用于传输控制信号的I/O接口单元；其中，所述I/O接口单元具有多个端子接口，所述端子接口数量大于10位，因而可以有效减轻自动化设备的处理器如PLC控制器的控制信号端口数量，减轻PLC的任务处理负担，提升整个自动化设备的控制系统的处理速度和性能。

以上对本实用新型所提供的自动化设备及其闭环步进电机驱动器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内，不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (15)

1.一种闭环步进电机驱动器，其特征在于，包括：底座，与底座相适配的壳体、设置于所述壳体和底座之内且用于驱动电机的驱动控制板、位于所述壳体一侧或多侧并与所述驱动控制板相连的接口单元，所述接口单元包括电源接口单元、绕组接口单元、通讯接口单元、编码器接口单元以及用于传输控制信号的I/O接口单元；其中，所述I/O接口单元具有多个端子接口，所述端子接口数量大于10位。

2.如权利要求1所述的闭环步进电机驱动器，其特征在于，所述I/O接口单元包括至少一个高频I/O端口或/和至少一个低频I/O端口的一种或几种组合。

3.如权利要求2所述的闭环步进电机驱动器，其特征在于，所述驱动控制板上设置有高频信号光耦电路或/和低频信号光耦电路，所述高频信号光耦电路与所述高频I/O端口电连接，所述低频信号光耦电路与所述低频I/O端口电连接，所述高频I/O端口输入或输出差分信号，所述低频I/O端口输入或输出低速单端信号。

4.如权利要求3所述的闭环步进电机驱动器，其特征在于，所述高频信号光耦电路包括第一限流单元、防反接单元、第一滤波单元及第一高速信号隔离单元，所述第一限流单元与所述防反接单元及所述第一滤波单元电连接，所述第一高速信号隔离单元的第一端与所述第一滤波单元电连接。

5.如权利要求4所述的闭环步进电机驱动器，其特征在于，所述第一限流单元包括相互并联的第一电阻及第二电阻，所述第一电阻的第一端及所述第二电阻的第一端均与所述I/O端口电连接，所述第一电阻的第二端及所述第二电阻的第二端均与所述第一高速信号隔离单元相连；

所述防反接单元包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述I/O端口电连接，所述第一二极管的阴极与所述第二电阻相连；所述第一滤波单元包括第一电容，所述第一电容与所述第一二极管并联。

6.如权利要求3至5任一项所述的闭环步进电机驱动器，其特征在于，所述驱动控制板上还设置有微处理器，所述低频信号光耦电路包括第二限流单元、第三滤波单元、第二隔离单元及第四滤波单元，所述第二限流单元与所述I/O端口及所述第二隔离单元电连接，所述第三滤波单元与所述第二限流单元电连接，所述第四滤波单元与所述第二隔离单元及所述微处理器电连接。

7.如权利要求6所述的闭环步进电机驱动器，其特征在于，所述第二限流单元包括第五电阻，所述第五电阻的第一端与所述I/O端口电连接，所述第五电阻的第二端与所述第二隔离单元电连接；所述第三滤波单元包括第三电容，所述第三电容的第一端与所述I/O端口电连接，所述第三电容的第二端与所述第五电阻的第二端电连接；所述第四滤波单元包括第四电容，所述第四电容的第一端与所述第二隔离单元及所述微处理器电连接，所述第四电容的第二端接地。

8.如权利要求1至5任一项所述的闭环步进电机驱动器，其特征在于，所述电源接口单元、绕组接口单元、编码器接口单元、I/O接口单元和通讯接口单元依次设置于所述壳体的一侧。

9.如权利要求1至5任一项所述的闭环步进电机驱动器，其特征在于，所述壳体一侧的两相对端或对角位置处与所述底座一侧的两相对端或对角位置处相对应地设有相互匹配的安装口。

10.如权利要求9所述的闭环步进电机驱动器，其特征在于，所述安装口包括至少一安装槽或至少一装配孔；其中，所述安装槽为方形安装槽或圆弧型安装槽，所述装配孔为圆形或方形装配孔。

11.如权利要求1至5任一项所述的闭环步进电机驱动器，其特征在于，所述闭环步进电机驱动器还包括设置于壳体一侧或多侧的显示单元，所述显示单元包括数码管、LED灯或液晶显示屏的一种或几种组合。

12.如权利要求1至5任一项所述的闭环步进电机驱动器，其特征在于，所述接口单元还包括用于调整驱动参数、地址以及观察驱动器状态的调试接口，所述调试接口设置于所述壳体任一侧壁上。

13.如权利要求12所述的闭环步进电机驱动器，其特征在于，所述闭环步进电机驱动器还包括开关单元，其中，所述开关单元包括用于设置驱动器地址的拨码开关，所述拨码开关与所述调试接口设置于所述壳体的同一侧壁或相邻两侧壁上。

14.如权利要求1至5任一项所述的闭环步进电机驱动器，其特征在于，所述壳体上还设置有散热模块，所述散热模块包括散热片或/和散热风扇。

15.一种自动化设备，包括步进电机，其特征在于，还包括如权利要求1至14任一项所述的驱动所述步进电机的闭环步进电机驱动器。