CN216699873U - 一种驱动器和电机抱闸系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种驱动器和电机抱闸系统，应用于步进电机驱动器或混合伺服电机驱动器中，驱动器包括：微处理器、延时模块、驱动电路和抱闸控制电路，所述驱动电路与电机连接，所述抱闸控制电路与所述电机的抱闸器连接；通过将抱闸控制电路和电机控制电路分开进行控制，在电机上电时先让控制电路给电机上电，达到上电计时时间时，才让抱闸控制电路控制抱闸器松开电机轴，避免了电机上使能时电机的下坠；在电机下电时，先让抱闸控制电路控制抱闸器抱紧电机轴，达到断电计时时间时，才让电机控制电路给电机下电，避免了下电时电机可能出现的下坠问题。

Description

一种驱动器和电机抱闸系统

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，更具体地说，涉及一种驱动器和电机抱闸系统。

背景技术

电机的刹车，又名抱闸器、制动器。普通步进电机断电不会自锁，上电才会自锁，要实现断电自锁，需在步进电机尾部加装一个抱闸装置(刹车装置)，并且并联在步进装置的电路上，电机上电时，抱闸也上电，刹车装置脱离步进电机输出轴，电机正常运转，当断电时，刹车释放紧紧抱住电机轴。

目前的电机的刹车方案中，抱闸器和电机只能同时上电和同时下电，这会导致在电机上使能的瞬间，抱闸器就会得电打开，而这个过程中，实际上电机绕组电流有一个上升的过程，并非立马就能满电流，这就会导致电机力不够被负载拉着往下坠一段距离，直到绕组满电流才停止下坠；而电机去使能时，抱闸信号还没来得及输出或者因为机械原因没及时释放抱闸，电机绕组电流就已经下降了，这也导致负载有一个下落的过程。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种驱动器和电机抱闸系统，以目前的抱闸电机中，抱闸器和电机同时上电，由于电机存在上使能时间，导致抱闸器不能有效的控制电机在上使能时间出现的下坠问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电机驱动器，应用于步进电机或混合伺服电机，所述驱动器包括：微处理器、延时模块、驱动电路和抱闸控制电路，所述驱动电路与电机连接，所述抱闸控制电路与所述电机的抱闸器连接；

所述延时模块与所述微处理器连接，包括上电计时和断电计时的计时模块；

所述驱动电路与所述微处理器连接，包括控制所述电机上电和断电的驱动控制模块；

所述抱闸控制电路与所述微处理器连接，包括控制所述抱闸器开闸和抱闸的抱闸控制模块；

所述微处理器包括接收到上电指令向所述延时模块发送上电计时指令，同时向所述驱动电路发送上电指令，以及接收到所述延时模块发送的上电计时结束指令时向所述抱闸控制电路发送开闸指令的上电控制模块，所述上电计时的时间大于所述电机的上使能时间。

可选的，所述微处理器还包括接收到断电指令向所述延时模块发送断电计时指令，同时向所述抱闸控制电路发送抱闸指令，以及接收到所述延时模块发送的断电计时结束指令时向所述驱动电路发送断电指令的断电控制模块，所述断电计时的时间大于所述抱闸器的抱闸动作时间。

可选的，所述延时模块包括接收所述微处理器发送的上电指令，并向所述计时模块配置上电计时参数，以及接收所述微处理器发送的断电指令，并向所述计时模块配置断电计时参数的计时配置模块。

可选的，所述保险模块包括从所述微处理器获取上电指令和断电指令，并确定所述电机的转轴的旋转方向的指令解析模块。

可选的，所述保险模块还包括从所述电机获取转轴的实际旋转方向的转动检测模块。

可选的，所述保险模块还包括从所述指令解析模块获取旋转方向，并从所述转动检测模块获取实际旋转方向，通过所述旋转方向和实际旋转方向进行对比确定电机是否反转的告警模块，所述告警模块在电机反转时生成报警指令。

可选的，所述微处理器还包括接收到所述报警指令时产生并向所述抱闸器发送抱闸指令的紧急控制模块。

可选的，所述抱闸控制电路包括：回路控制电路、与所述回路控制电路连接的抱闸电源回路，所述抱闸电源回路与所述抱闸器连接；

所述回路控制电路接收开闸指令，控制所述抱闸电源回路导通，所述抱闸器上电开闸；

所述回路控制电路接收抱闸指令，控制所述抱闸电源回路断开，所述抱闸器断电抱闸。

可选的，所述回路控制电路包括与所述微处理器连接的光耦控制开关，串联连接于所述光耦控制开关正、负极输出端之间的继电器输入回路以及控制电源，所述开闸指令为控制所述光耦控制开关导通的电压/电流信号，所述光耦控制开关导通后，触发所述继电器输入回路，并触发继电器输出回路导通；

所述抱闸电源回路包括串联连接于所述抱闸器正、负输入端之间的继电器输出回路和抱闸器电源，所述继电器输出回路与所述继电器输入回路连接；所述继电器输出回路导通时，抱闸器电源为所述抱闸器提供电源。

本实用新型实施例还提供了一种电机抱闸系统，所述电机抱闸系统包括：抱闸器、电机和上述任一项所述的电机驱动器。

有益效果

本发明实施例提供一种驱动器和电机抱闸系统，应用于步进电机驱动器或混合伺服电机驱动器中，驱动器包括：微处理器、延时模块、驱动电路和抱闸控制电路，驱动电路与电机连接，抱闸控制电路与电机的抱闸器连接；延时模块与微处理器连接，包括上电计时和断电计时的计时模块；驱动电路与微处理器连接，包括控制电机上电和断电的驱动控制模块；抱闸控制电路与微处理器连接，包括控制抱闸器开闸和抱闸的抱闸控制模块；微处理器包括接收到上电指令向延时模块发送上电计时指令，同时向驱动电路发送上电指令，以及接收到延时模块发送的上电计时结束指令时向抱闸控制电路发送开闸指令的上电控制模块，上电计时的时间大于电机的上使能时间。通过将抱闸控制电路和电机控制电路分开进行控制，在电机上电时先让电机控制电路给电机上电，达到上电计时时间，才让抱闸控制电路控制抱闸器松开电机轴，避免了电机上使能时电机的下坠的问题。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明上电实施例提供的一种电机驱动器的结构示意图；

图2为本发明上电实施例提供的一种抱闸控制电路的结构示意图；

图3为本发明上电实施例提供的另外一种抱闸控制电路的结构示意图；

图4为本发明断电实施例提供的一种抱闸器的结构示意图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

第一实施例

本实施例提供了一种电机驱动器，应用于步进电机或混合伺服电机中，该电机驱动器包括：微处理器、延时模块、驱动电路和抱闸控制电路，驱动电路与电机连接，抱闸控制电路与电机的抱闸器连接；延时模块与微处理器连接，包括上电计时和断电计时的计时模块；驱动电路与微处理器连接，包括控制电机上电和断电的驱动控制模块；抱闸控制电路与微处理器连接，包括控制抱闸器开闸和抱闸的抱闸控制模块；微处理器包括接收到上电指令向延时模块发送上电计时指令，同时向驱动电路发送上电指令，以及接收到延时模块发送的上电计时结束指令时向抱闸控制电路发送开闸指令的上电控制模块，上电计时的时间大于电机的上使能时间。

在另一实施例中，微处理器还包括接收到断电指令向延时模块发送断电计时指令，同时向抱闸控制电路发送抱闸指令，以及接收到延时模块发送的断电计时结束指令时向驱动电路发送断电指令的断电控制模块，断电计时的时间大于抱闸器的抱闸动作时间。

在另一实施例中，延时模块包括接收微处理器发送的上电指令，并向计时模块配置上电计时参数，以及接收微处理器发送的断电指令，并向计时模块配置断电计时参数的计时配置模块。

在另一实施例中，驱动器还包括保险模块，保险模块包括从微处理器获取上电指令和断电指令，并确定电机的转轴的旋转方向的指令解析模块。

在另一实施例中，保险模块还包括从电机获取转轴的实际旋转方向的转动检测模块。

在另一实施例中，保险模块还包括从指令解析模块获取旋转方向，并从转动检测模块获取实际旋转方向，通过旋转方向和实际旋转方向进行对比确定电机是否反转的告警模块，告警模块在电机反转时生成报警指令。

在另一实施例中，微处理器还包括接收到报警指令时产生并向抱闸器发送抱闸指令的紧急控制模块。在另一实施例中，抱闸控制电路包括：回路控制电路、与回路控制电路连接的抱闸电源回路，抱闸电源回路与抱闸器连接；回路控制电路接收开闸指令，控制抱闸电源回路导通，抱闸器上电开闸；回路控制电路接收抱闸指令，控制抱闸电源回路断开，抱闸器断电抱闸。

在另一实施例中，回路控制电路包括与微处理器连接的光耦控制开关，串联连接于光耦控制开关正、负极输出端之间的继电器输入回路以及控制电源，开闸指令为控制光耦控制开关导通的电压/电流信号，光耦控制开关导通后，触发继电器输入回路，并触发继电器输出回路导通；抱闸电源回路包括串联连接于抱闸器正、负输入端之间的继电器输出回路和抱闸器电源，继电器输出回路与继电器输入回路连接；继电器输出回路导通时，抱闸器电源为抱闸器提供电源。

具体的，可参见图1，图1为本实施例提供的一种电机驱动器的结构示意图。电机驱动器包括：延时模块、微处理器、连接于电机和微处理器之间的驱动电路，以及连接于电机上的抱闸器与微处理器之间的抱闸控制电路；其中，由于抱闸器需要通过抱闸和开闸的方式对电机的转动轴进行抱紧和释放来实现电机的制动和松开，因此抱闸器和电机的组装方式包括但不限于一体结构。

在本实施例中，微处理器可选的包括但不限CPU，CPU通过运行特定的应用程序，可以实现对应的指令输入和输出，当电机需要上电运行时，向微处理器发送上电指令，微处理器接收到上电指令后向驱动电路发送上电指令，同时向延时模块发送上电计时指令开始上电计时，电机驱动电路接收到上电指令后，控制向电机上电，电机中的绕组上开始有电流通过使得电机进入上使能阶段，当延时模块的上电计时结束后向微处理器发送上电计时结束指令，微处理器开始向抱闸控制电路发送开闸指令，抱闸控制电路接收到开闸指令后，控制抱闸器松开电机的转轴，实现电机的释放。

当电机需要下电停止运行时，向微处理器发送断电指令，微处理器向抱闸控制电路发送抱闸指令，同时向延时模块发送段电计时指令开始断电计时，抱闸控制电路接收到抱闸指令后，控制抱闸器抱紧，抱闸器抱紧电机的转轴，电机停止运行，当延时模块的断电计时结束后向微处理器发送断电计时结束指令，微处理器开始向驱动电路发送断电指令，驱动电路控制电机断电。

由于，电机在上电的过程中，电机中从刚上电到完成使能需要一段时间，在本实施例中，电机完成使能的标志为，电机通过自身的电流即可实现转轴的自锁，当电机处上电到完成使能的时间段内，电机无法通过自身的电流使得转轴自锁，此时若抱闸器松开就会导致电机被负载拉着下坠，因此在本实施例的电机驱动器中，在电机上电时，上电计时的时间大于电机的上使能时间。

而电机在下电的过程中，由于，电机的电流是由能够使电机自锁的电流值开始逐渐的降低，因此在下电时，电机最开始可以实现自锁，但是在一些情况下，例如抱闸电路中出现了故障导致抱闸电路无法与电机电路同步进行电流下电，这就会导致电机出现下坠，在目前的电路设计中，电机的控制电路和抱闸器的控制电路多为并联，电机和抱闸器的下电为同时下电，这就导致了只有在电机下电时才可以确定抱闸器是否出现了故障，无法及时发现故障很容易导致安全事故，因此，在电机断电的过程中要求断电计时的时间大于抱闸器的抱闸动作时间。可以理解的是，由于下电时，抱闸器的故障为概率出现，驱动器中的下电保护功能在一些情况下可以取消。当保留驱动器中的下电保护功能时，可以在断电延时的时间值的过程中判断抱闸器是否工作正常，当确定抱闸器抱紧电机的转轴时，即是工作正常，当抱闸器没有抱紧电机的转轴时，抱闸器工作异常，此时可以控制微处理器停止向驱动电路发送断电指令，从而避免在抱闸器出现故障产生的安全隐患。

在本实施例中，由于上电使能时间较长，因此上电计时的时间值的取值范围可以但不限于200-300毫秒。需要说明的是，这里给出的上电计时的取值范围是发明人根据目前的电机在应用过程中较优的取值范围，在另外一些实施例中不排除在这个范围外的取值，在本实施例给出的范围基础上进行合理的扩大均属于本发明实施例的保护范围。

在本实施例中，由于抱闸器执行抱闸的动作比较的迅速，因此断电计时的时间值的取值范围可以但不限于1-5毫秒。需要说明的是，这里给出的断电计时时间的取值范围是发明人根据目前的电机在应用过程中较优的取值范围，在另外一些实施例中不排除在这个范围外的取值，在本实施例给出的范围进行合理的扩大均属于本发明实施例的保护范围。

在本实施例中，保险模块的作用是避免电机反转，或者电机突然断电导致电机错误的运转和下坠，因此保险模块需要从微处理器获取指令来确定正确的旋转方向，从而判断电机的实际旋转方向是否与指令要求的方向相同；而在突然断电的情况下，由于负载的拉拽导致电机出现反转；因此这些情况下必须通知微处理进行紧急抱闸处理，以避免出现意外。在另外一些实施例中，还可以在保险模块中集成转速检测模块，用来检测电机的转速与指令要求的转速是否匹配，以确定电机的工作状态。

在本实施例中，抱闸控制电路包括：回路控制电路、与回路控制电路连接的抱闸电源回路，抱闸电源回路与抱闸器连接；回路控制电路接收开闸指令，控制抱闸电源回路导通，抱闸器上电开闸；回路控制电路接收抱闸指令，控制抱闸电源回路断开，抱闸器断电抱闸。回路控制电路包括与微处理器连接的光耦控制开关，串联连接于光耦控制开关正、负极输出端之间的继电器输入回路以及控制电源，开闸指令为控制光耦控制开关导通的电压/电流信号，光耦控制开关导通后，触发继电器输入回路，并触发继电器输出回路导通；抱闸电源回路包括串联连接于抱闸器正、负输入端之间的继电器输出回路和抱闸器电源，继电器输出回路与继电器输入回路连接；继电器输出回路导通时，抱闸器电源为抱闸器提供电源。

具体的可参见图2，图2为本实施例提供的一种抱闸控制电路的结构示意图。抱闸控制电路由回路控制电路和电源抱闸回路组成，回路控制电路与微处理器连接，用于根据微处理器的指令控制电源抱闸回路输送给抱闸器的电源/电压的通断。当回路控制电路接收到微处理器的开闸指令时，控制电源抱闸回路接通给抱闸器的电源；当回路控制电路接收到微处理器的抱闸指令时，控制电源抱闸回路关断给抱闸器的电源。电源抱闸回路用于给抱闸器提供电源，电源抱闸回路的通断由控制电源抱闸回路进行控制。

还可参加图3，图3为本实施例提供的另外一种抱闸控制电路的结构示意图。抱闸控制电路由回路控制电路和电源抱闸回路组成，其中回路控制电路由光耦控制开关、继电器输入回路和控制电源组成，光耦控制开关与微处理器连接，串联连接于光耦控制开关正、负极输出端之间的继电器输入回路以及控制电源，开闸指令为控制光耦控制开关导通的电压/电流信号，光耦控制开关导通后，触发继电器输入回路触发继电器输出回路导通。

其中的电源抱闸回路由继电器输出回路和抱闸器电源组成，电源抱闸回路种串联连接于抱闸器正、负输入端之间的继电器输出回路和抱闸器电源，继电器输出回路与继电器输入回路连接；继电器输出回路导通时，抱闸器电源为抱闸器提供电源。

本实施例提供了一种电机驱动器，包括：微处理器、延时模块、驱动电路和抱闸控制电路，驱动电路与电机连接，抱闸控制电路与电机的抱闸器连接；延时模块与微处理器连接，包括上电计时和断电计时的计时模块；驱动电路与微处理器连接，包括控制电机上电和断电的驱动控制模块；抱闸控制电路与微处理器连接，包括控制抱闸器开闸和抱闸的抱闸控制模块；微处理器包括接收到上电指令向延时模块发送上电计时指令，同时向驱动电路发送上电指令，以及接收到延时模块发送的上电计时结束指令时向抱闸控制电路发送开闸指令的上电控制模块，上电计时的时间大于电机的上使能时间。通过将抱闸控制电路和电机控制电路分开进行控制，在电机上电时先让控制电路给电机上电，达到上电计时时间时，才让抱闸控制电路控制抱闸器松开电机轴，避免了电机上使能时电机的下坠；在电机下电时，先让抱闸控制电路控制抱闸器抱紧电机轴，达到断电计时时间时，才让电机控制电路给电机下电，避免了下电时电机可能出现的下坠问题。

第二实施例

本实施提供了一种电机抱闸制动系统，该电机抱闸系统包括第一实施例中的电机驱动器和抱闸器。

在本实施例中，抱闸器包括：制动电磁铁和闸瓦制动器；制动电磁铁通过向线圈中通入电流，来磁化线圈中的铁芯和线圈外的衔铁，磁化后的衔铁排斥闸瓦中的闸轮从而使得抱闸器打开。

其中，电机驱动器的结构可以参考第一实施例，抱闸器的结构可参考图4，图4为本实施例提供的一种抱闸器的结构示意图。抱闸器主要由制动电磁铁和闸瓦制动器两部分组成；制动电磁铁铁芯、衔铁和线圈三部分组成的；闸瓦制动器由闸轮、瓦闸和弹簧组成，其中的闸轮与电机装在同一根转轴上。

当抱闸器接通电源时，电磁线圈得电，铁芯和衔铁磁化，磁化后的衔铁排斥闸瓦中的闸轮使得弹簧打开从而使得抱闸器打开。当断开电源时，衔铁消磁，闸轮在弹簧的拉力之下将电机的转轴抱紧。

本实施例提供了一种电机抱闸制动系统，包括电机驱动器和抱闸器，其中电机驱动器驱动抱闸器打开，松开抱闸器与电机转轴的连接，以及当驱动器断电时抱闸器自动抱紧，实现了电机的制动。

第三实施例

本实施例给出一种可供参考的具体的电机断电过程：根据程序算法上的时序控制技术，MCU上的IO口会断开光耦、三极管电路，使抱闸功能口输出断开，从而使抱闸回路中的线圈失电，抱闸器锁死，电机被抱住。之后，根据内部时序控制程序算法，MCU会控制驱动芯片，通过MOS管，在一定延时后，输出至电机绕组中的电路会降为0，从而使电机去使能松轴。此时，由于电机已被抱闸器抱住，负载不会下坠。具体的电路结构可参见图3。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种驱动器，应用于步进电机或混合伺服电机，其特征在于，所述驱动器包括：微处理器、延时模块、驱动电路和抱闸控制电路，所述驱动电路与电机连接，所述抱闸控制电路与所述电机的抱闸器连接；

所述延时模块与所述微处理器连接，包括上电计时和断电计时的计时模块；

所述驱动电路与所述微处理器连接，包括控制所述电机上电和断电的驱动控制模块；

所述抱闸控制电路与所述微处理器连接，包括控制所述抱闸器开闸和抱闸的抱闸控制模块；

所述微处理器包括接收到上电指令向所述延时模块发送上电计时指令，同时向所述驱动电路发送上电指令，以及接收到所述延时模块发送的上电计时结束指令时向所述抱闸控制电路发送开闸指令的上电控制模块，所述上电计时的时间大于所述电机的上使能时间。

2.如权利要求1所述的驱动器，其特征在于，所述微处理器还包括接收到断电指令向所述延时模块发送断电计时指令，同时向所述抱闸控制电路发送抱闸指令，以及接收到所述延时模块发送的断电计时结束指令时向所述驱动电路发送断电指令的断电控制模块，所述断电计时的时间大于所述抱闸器的抱闸动作时间。

3.如权利要求2所述的驱动器，其特征在于，所述延时模块包括接收所述微处理器发送的上电指令，并向所述计时模块配置上电计时参数，以及接收所述微处理器发送的断电指令，并向所述计时模块配置断电计时参数的计时配置模块。

4.如权利要求2所述的驱动器，其特征在于，还包括保险模块，所述保险模块包括从所述微处理器获取上电指令和断电指令，并确定所述电机的转轴的旋转方向的指令解析模块。

5.如权利要求4所述的驱动器，其特征在于，所述保险模块还包括从所述电机获取转轴的实际旋转方向的转动检测模块。

6.如权利要求5所述的驱动器，其特征在于，所述保险模块还包括从所述指令解析模块获取旋转方向，并从所述转动检测模块获取实际旋转方向，通过所述旋转方向和实际旋转方向进行对比确定电机是否反转的告警模块，所述告警模块在电机反转时生成报警指令。

7.如权利要求6所述的驱动器，其特征在于，所述微处理器还包括接收到所述报警指令时产生并向所述抱闸器发送抱闸指令的紧急控制模块。

8.如权利要求1-7任一项所述的驱动器，其特征在于，所述抱闸控制电路包括：回路控制电路、与所述回路控制电路连接的抱闸电源回路，所述抱闸电源回路与所述抱闸器连接；

所述回路控制电路接收开闸指令，控制所述抱闸电源回路导通，所述抱闸器上电开闸；

所述回路控制电路接收抱闸指令，控制所述抱闸电源回路断开，所述抱闸器断电抱闸。

9.如权利要求8所述的驱动器，其特征在于，所述回路控制电路包括与所述微处理器连接的光耦控制开关，串联连接于所述光耦控制开关正、负极输出端之间的继电器输入回路以及控制电源，所述开闸指令为控制所述光耦控制开关导通的电压/电流信号，所述光耦控制开关导通后，触发所述继电器输入回路，并触发继电器输出回路导通；

所述抱闸电源回路包括串联连接于所述抱闸器正、负输入端之间的继电器输出回路和抱闸器电源，所述继电器输出回路与所述继电器输入回路连接；所述继电器输出回路导通时，抱闸器电源为所述抱闸器提供电源。

10.一种电机抱闸系统，其特征在于，所述电机抱闸系统包括：抱闸器、电机和如权利要求1-9任一项所述的驱动器。

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