集成電機的製作方法

2023-12-02 09:58:06 1

專利名稱：集成電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種伺服電機，尤其涉及一種將伺服電機和伺服驅動器集成於一體的集成電機。
背景技術：
在目前自動化領域內，傳統的伺服電機和伺服驅動器是相互分離的獨立結構單元，但在實際應用中，伺服電機和伺服驅動器必須同時存在、共同使用才能達到各種現場控制目的。如伺服電機轉速的調整、伺服電機輸出力矩的變化等等一系列的現場控制必須由兩者共同來完成實現。使用時，上述兩個相互獨立的單元之間通過信號電纜和動力電纜連接，通過電纜將伺服電機的位置、速度信息傳遞給伺服驅動器並且將伺服驅動器的控制信號輸送給伺服電機。
這樣的應用實體在某些工業現場帶來了極大的不便和限制，並在某種程度上阻礙了某些工業技術的發展，例如1)在某些工業應用現場，同時採用了多臺伺服電機和伺服驅動器。因此就會存在著眾多的信號電纜和動力電纜，造成了該應用現場的走線複雜、維護困難等缺陷。
2)在某些成套設備和生產線上，伺服電機被安裝在生產線中間，伺服驅動器則安裝在控制櫃內，而控制櫃與伺服電機之間的距離隨著生產線長度的增加而增加，從而造成伺服電機和伺服驅動器間的連線會很長，直接導致伺服電機和伺服驅動器的抗幹擾能力下降和伺服驅動器的驅動能力下降，有時甚至需要採用附加的電器件才能使電機正常工作。
隨著社會生產力的提高和科學技術的不斷發展，在工業自動化領域，對伺服電機、伺服驅動器的各項性能指標和功能技術提出了更高的要求，尤其是在上述的某些工業現場，需要既能實現原來相互獨立的伺服電機與伺服驅動器的已有性能，又要克服傳統技術的上述弊病。

發明內容
本發明主要是解決伺服電機和伺服驅動器相互分離、相對獨立，兩者之間需要較長的信號電纜和動力電纜連接，造成工業應用現場走線複雜、維護困難、驅動能力下降的技術問題；提供一種將伺服驅動器和伺服電機集成為一體，成為機電一體的獨立結構，工業應用現場不會有複雜的走線，安裝方便，維護簡單，確保驅動能力的集成電機。
本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的本發明包括殼體和安裝於殼體內的轉子、定子、軸及支撐軸的軸承，所述的定子後方依次設有支架、編碼器、伺服驅動器和兼作電機後端蓋的散熱器，所述的編碼器設置在支架內，所述的伺服驅動器固裝在散熱器上。通過支架將伺服驅動器與伺服電機安裝成一個統一的整體，從而可以拋掉傳統需要的較長的信號電纜和動力電纜，使工業應用現場安裝方便、維護簡單，確保足夠的驅動能力。
作為優選，所述的伺服驅動器包括數位訊號處理器、大功率驅動模塊和為整個伺服驅動器提供電源的電源電路，所述的數位訊號處理器的輸入端與所述的編碼器相連，數位訊號處理器的輸出端與大功率驅動模塊相連，大功率驅動模塊再與伺服電機的三相繞組相連，所述的數位訊號處理器採用晶片U5，所述的大功率驅動模塊採用晶片U21，所述的電源電路由直流電源供電。伺服驅動器採用直流電源由外部直接提供，去除了傳統伺服驅動器中交流/直流的變換電路，採用集成度高、體積小的晶片U5、U21分別作為數位訊號處理器和大功率驅動模塊，大大簡化了傳統伺服驅動器中的大量的數字量、模擬量處理電路，從而簡化了伺服驅動器的電路結構，縮小了伺服驅動器的體積，確保伺服驅動器與伺服電機可以裝入到有限的一體化空間內，也降低了電路之間的幹擾。伺服驅動器上所選用的為帶智能控制的大功率驅動模塊，具有輸出電流高、響應快的優點，而且伺服驅動器上的絕大多數電子元器件為表面貼裝元器件，具有集成度高、體積小、散熱快的優點。
作為優選，所述的晶片U5的輸出控制信號經緩衝器與所述的晶片U21的輸入相連，起信號存儲和緩衝作用。
作為優選，所述的殼體上設有總線控制接口，所述的總線控制接口經總線驅動模塊與所述的數位訊號處理器相連。實現了伺服驅動器不僅可以與上位控制器相連，而且可以與另一臺集成電機的伺服驅動器相連，上位控制器可以同時與多臺集成電機相連。通過總線通信方式，上位控制器可以對集成電機發送相關的控制指令信息，同時也可以接收集成電機的各種狀態信息，以實現上位控制器與集成電機之間的信息交互。
作為優選，所述的殼體上設有總線控制接口，所述的總線控制接口經總線驅動晶片與光電耦合器相連，所述的光電耦合器再與所述的數位訊號處理器相連。光電耦合器的接入，使得在實現伺服驅動器與上位控制器、另一臺集成電機的伺服驅動器相連的同時增強了對外部幹擾信號的抵抗能力。
作為優選，所述的支架包括支架座和支架框，支架座中心設有圓孔，所述的支架座的形狀大小與所述的編碼器相配合，編碼器的旋轉部分穿過所述的圓孔並通過螺釘與電機的軸相固接，支架框的框邊與殼體的橫斷面相匹配並與殼體成一體相接，所述的伺服驅動器設置在支架框內。使得集成後的結構更加緊湊，各部分之間連接更趨牢固。
作為優選，所述的支架採用工程塑料製成，所述的散熱器用鋁製成。使得伺服電機與伺服驅動器因塑料支架的隔熱作用而不會使兩者的熱量相互傳遞，互不影響；電機產生的熱量通過電機的安裝面、殼體傳遞到外部，伺服驅動器產生的熱量直接通過鋁製散熱器散發到周圍的空氣中。
本發明的有益效果是伺服驅動器採用全數字通信方式並且外部直接提供直流電源，有效簡化了伺服驅動器的電路結構，縮小了伺服驅動器的體積，使之可以裝入到有限的伺服電機空間內。通過支架將伺服驅動器和伺服電機安裝到一起，成為一個統一的整體，從而拋掉了既長又複雜的通信電纜和動力電纜，提高了伺服驅動器和伺服電機的抗幹擾能力，使工業應用現場安裝方便、維護簡單，也確保具有足夠的驅動能力。採用總線通信方式與上位控制器相連，省卻了集成電機與上位控制器之間的模擬量、數字量等連線，從而大大地簡化了整個電氣系統結構，增強了電氣系統的可靠性，降低了故障率。


圖1是本發明的一種軸向剖面示意圖。
圖2是本發明的一種電路連接關係的示意框圖。
圖3是本發明中伺服驅動器的一種電路原理圖。
圖中1.殼體，2.轉子，3.定子，4.軸，5.軸承，6.支架，61.支架座，62.支架框，7.編碼器，8.伺服驅動器，9.散熱器，91.散熱片，10.螺釘，11.數位訊號處理器，12.大功率驅動模塊，13.電源電路，14.緩衝器，15.總線控制接口，16.總線控制模塊，17.光電耦合器，18.伺服電機，19.上位控制器。
具體實施例方式
下面通過實施例，並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。
實施例1本實施例的集成電機，包括殼體1和安裝於殼體1內的轉子2、定子3、軸4及支撐軸4的軸承5，定子3後方依次設有支架6、編碼器7、伺服驅動器8和兼作電機後端蓋的散熱器9。支架6包括支架座61和支架框62，支架座61中心開有圓孔，支架座61的形狀大小與編碼器7相配合，編碼器7的旋轉部分穿過圓孔並通過螺釘10與電機的軸4相固接，支架框62的框邊與殼體1的橫斷面相匹配並與殼體1成一體相接，構成集成電機的外殼的一部分。編碼器7設置在支架座61上，伺服驅動器8設置在支架框62內並且固裝在散熱器9上。散熱器9的外形與支架框62相匹配，作為集成電機的後端蓋，其與支架框、殼體成一體相連接。散熱器9用鋁質材料製成，其外表面上設有很多散熱片91。其中伺服驅動器8包括數位訊號處理器11、緩衝器14、大功率驅動模塊12、總線驅動模塊16、光電耦合器17、總線控制接口15和為整個伺服驅動器8提供電源的電源電路13，電源電路13由外部直流電源直接供電。數位訊號處理器11的輸入端與編碼器7相連，數位訊號處理器11的輸出端經緩衝器14與大功率驅動模塊12相連，大功率驅動模塊12再與伺服電機18的三相繞組相連。殼體1安裝有總線控制接口15，總線控制接口15經總線驅動晶片16與光電耦合器17相連，光電耦合器17再與數位訊號處理器11相連。本實施例中數位訊號處理器11採用晶片U5，選用DSP56F803BU80，大功率驅動模塊12採用晶片U21，選用FSAM15SH60A，總線驅動模塊16採用晶片U22，選用PCA82C250T，光電耦合器採用晶片U23、U24，選用HCPL-0710。本實施例中編碼器7的輸出腳接U5的ENDAT腳，U5的六個DSP輸出腳接緩衝器(buffer)的輸入，緩衝器的輸出接U21的1-23腳，U21的24-32腳與伺服電機的三相繞組相連，總線控制接口15與伺服驅動器上的總線驅動模塊晶片U22的6、7腳相連，U22的1腳與光電耦合器U23的6腳相連，U23的2、3腳分別經電阻R113、R115與晶片U5相連，U22的4腳經電阻R116接光電耦合器U24的2腳、經電阻R117接U24的3腳，U24的6腳與晶片U5的串行口相連。大功率驅動模塊晶片U21上安裝有散熱器9，散熱器9緊貼大功率驅動模塊U21，散熱器的四個角通過螺釘與殼體1的四個角相固接。
工作過程將實時反映伺服電機18的位置和速度工作狀態信息的編碼器7的輸出信號轉換成標準信號輸送給數位訊號處理器U5，經U5處理，發出的控制信號經緩衝器緩衝後輸送給大功率驅動模塊U21，再經U21處理，發出驅動信號給伺服電機18的三相繞組。總線控制接口15與上位控制器19相連，上位控制器19的控制信號經總線控制接口15、總線驅動晶片U22、光電耦合器U23、U24，最後送給數位訊號處理器U5，經U5處理，再通過緩衝器、大功率驅動晶片U21，從而控制伺服電機18的工作；反之伺服電機18的工作狀態信息依次通過編碼器7、數位訊號處理器U5、光電耦合器U23、U24、總線驅動晶片U22、總線控制接口15，最後輸送給上位控制器19。
本發明中的伺服驅動器通過採用全數字通信方式並且外部直接提供直流電源，有效簡化了伺服驅動器的電路結構，縮小了伺服驅動器的體積，使之可以裝入到有限的伺服電機空間內。將伺服驅動器和伺服電機集成為一個統一的整體，從而拋掉了既長又複雜的通信電纜和動力電纜，使工業應用現場安裝方便、維護簡單，也確保具有足夠的驅動能力。同時通過總線通信方式，上位控制器可以與多臺集成電機相連，使上位控制器可以對集成電機發送相關的控制指令信息，也可以接收集成電機的各種狀態信息，以實現上位控制器與集成電機之間的信息交互。
權利要求
1.一種集成電機，包括殼體(1)和安裝於殼體(1)內的轉子(2)、定子(3)、軸(4)及支撐軸(4)的軸承(5)，其特徵在於所述的定子(3)後方依次設有支架(6)、編碼器(7)、伺服驅動器(8)和兼作電機後端蓋的散熱器(9)，所述的編碼器(7)設置在支架(6)內，所述的伺服驅動器(8)固裝在散熱器(9)上。
2.根據權利要求1所述的集成電機，其特徵在於所述的伺服驅動器(8)包括數位訊號處理器(11)、大功率驅動模塊(12)和為整個伺服驅動器提供電源的電源電路(13)，所述的數位訊號處理器(11)的輸入端與所述的編碼器(7)相連，數位訊號處理器(11)的輸出端與大功率驅動模塊(12)相連，大功率驅動模塊(12)再與電機的三相繞組相連，所述的數位訊號處理器(11)採用晶片U5，所述的大功率驅動模塊(12)採用晶片U21，所述的電源電路(13)由直流電源供電。
3.根據權利要求2所述的集成電機，其特徵在於所述的晶片U5的輸出信號經緩衝器(14)與所述的晶片U21的輸入相連。
4.根據權利要求2或3所述的集成電機，其特徵在於殼體(1)上設有總線控制接口(15)，所述的總線控制接口(15)經總線驅動模塊(16)與所述的數位訊號處理器(11)相連。
5.根據權利要求2或3所述的集成電機，其特徵在於殼體(1)上設有總線控制接口(15)，所述的總線控制接口(15)經總線驅動模塊(16)與光電耦合器(17)相連，所述的光電耦合器(17)再與所述的數位訊號處理器(11)相連。
6.根據權利要求1所述的集成電機，其特徵在於所述的支架(6)包括支架座(61)和支架框(62)，支架座(61)中心設有圓孔，所述的支架座(61)的形狀大小與所述的編碼器(7)相配合，編碼器(7)的旋轉部分穿過所述的圓孔並通過螺釘(10)與電機的軸(4)相固接，支架框(62)的框邊與殼體(1)的橫斷面相匹配並與殼體(1)成一體相接，所述的伺服驅動器(8)設置在支架框(62)內。
7.根據權利要求5所述的集成電機，其特徵在於所述的支架(6)包括支架座(61)和支架框(62)，支架座(61)中心設有圓孔，所述的支架座(61)的形狀大小與所述的編碼器(7)相配合，編碼器(7)的旋轉部分穿過所述的圓孔並通過螺釘(10)與電機的軸(4)相固接，支架框(62)的框邊與殼體(1)的橫斷面相匹配並與殼體(1)成一體相接，所述的伺服驅動器(8)設置在支架框(62)內。
8.根據權利要求1或2或6所述的集成電機，其特徵在於所述的支架(6)採用工程塑料製成，所述的散熱器(9)用鋁製成。
9.根據權利要求7所述的集成電機，其特徵在於所述的支架(6)採用工程塑料製成，所述的散熱器(9)用鋁製成。
全文摘要
本發明涉及一種伺服電機，它包括殼體和安裝於殼體內的轉子、定子、軸及支撐軸的軸承，定子後方依次設有支架、編碼器、伺服驅動器和兼作電機後端蓋的散熱器，編碼器設置在支架內，伺服驅動器固裝在散熱器上，伺服驅動器採用全數字通信方式並且由外部直接提供直流電源。殼體外側設有總線控制接口，總線控制接口經安裝於伺服驅動器中的總線驅動晶片與伺服驅動器中的數位訊號處理器相連。本發明將伺服驅動器和伺服電機集成為一個統一的整體，從而拋掉了既長又複雜的通信電纜和動力電纜，使工業應用現場安裝方便、維護簡單。同時通過總線通信方式，上位控制器可以與多臺集成電機相連，實現上位控制器與多臺集成電機之間的信息交互。
文檔編號H02K5/18GK1877970SQ20061005033
公開日2006年12月13日 申請日期2006年4月14日 優先權日2006年4月14日
發明者馬克·凡土林尼 申請人:寧波菲仕電機技術有限公司