一种改良型的一体化伺服电机

技术领域

本发明涉及一种伺服电机，尤其是指一种改良型的一体化伺服电机。

背景技术

伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

就目前而言，现有的伺服电机一般呈长方形设置，其一端设置有动力输出端，并且在电机本体上设置有多个线槽，通过排线将其与外部的控制和驱动设备电连接。现有的伺服电机在使用过程中存在有如下不足之处：1、排线复杂，需要专门进行布线，线路容易老化导致故障率居高不下；2、安装的时候占用空间较大，需要配套比较齐备的电器柜。

发明内容

本发明提供一种改良型的一体化伺服电机，其主要目的在于克服现有伺服电机存在的排线复杂、线路容易老化的缺陷。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种改良型的一体化伺服电机，包括电机本体，所述电机本体在其长度方向上的一侧设置有动力输出端，上述一体化伺服电机还包括一尾部延伸座，该尾部延伸座设置于所述电机本体的长度方向上的另一侧，所述尾部延伸座的延伸方向与上述电机本体的长度方向一致。

进一步的，所述尾部延伸座内装设有至少一片用于驱动所述电机本体执行动作的电路板单元。

进一步的，所述电路板单元的安装方向与所述电机本体的长度方向一致。

进一步的，所述尾部延伸座的横截面与上述电机本体的横截面的形状和大小相一致。

进一步的，所述尾部延伸座由相互间呈对称设置的上壳体和下壳体构成，该上壳体和下壳体可拆卸地安装于所述电机本体上。

进一步的，所述上壳体和下壳体的横截面上开设有至少一长条形安装孔，所述电机本体上对应设置有复数个由动力输出端一侧贯穿至另一侧而伸出的螺栓件，所述上壳体和下壳体通过其上各自的长条形安装孔与上述螺栓件紧固。

进一步的，所述电机本体在其与动力输出端位置相反的一侧设置有一截面小于该电机本体截面的编码器，所述上壳体和下壳体的内侧各设置有用于容纳该编码器的容置腔，所述电路板单元安装于该容置腔内并且位于所述编码器的另一侧。

进一步的，所述上壳体和下壳体在与容置腔相反的一侧设置有散热结构。

进一步的，所述上壳体和下壳体为铝合金壳体，所述散热结构包括有复数个间隔布置的散热鳍片。

进一步的，所述电路板单元包括外部信号输入接口、光纤通讯模块、编码器接口电路、ARM处理器、电机驱动电路以及直流电源V，所述电机驱动电路包括时序控制电路、电机保护电路以及驱动工作电路，所述外部信号输入接口、光纤通讯模块均与所述ARM处理器双向连接，所述编码器电路的输出端与所述ARM处理器的使能端相连，所述时序控制电路的使能端连接于所述ARM处理器的输出端，所述时序控制电路的输出端连接于所述电机保护电路的使能端，所述电机保护电路的输出端连接于驱动工作电路的使能端。

和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于:

本发明结构简单、实用性强，通过设置在电机本体的另一侧设置尾部延伸座，不仅可以将电机后部的编码器保护起来，而且可以在里面直接加装电路板单元，这样就使得伺服电机不需要另外通过接线去与外部的控制和驱动装置进行连接，完全实现控制及驱动内置于伺服电机上，通过加设尾部延伸座，可以将伺服电机做成原来电机本体的加长版，如此一来，多台伺服电机可以紧挨着进行排布，不仅大大地提高安装的整洁性和美观性，而且不需要预留接线位置，极大地减少占用空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图

图2为图1的爆炸示意图。

图3为本发明中所述电路板单元的原理框图。

图4为本发明中所述电机驱动电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1、图2、图3和图4。一种改良型的一体化伺服电机，包括电机本体1，所述电机本体1在其长度方向上的一侧设置有动力输出端2，上述一体化伺服电机还包括一尾部延伸座3，该尾部延伸座3设置于所述电机本体1的长度方向上的另一侧，所述尾部延伸座3的延伸方向与上述电机本体1的长度方向一致。

参照图1、图2、图3和图4。所述尾部延伸座3内装设有至少一片用于驱动所述电机本体1执行动作的电路板单元4。

参照图1、图2、图3和图4。所述电路板单元4的安装方向与所述电机本体1的长度方向一致。

参照图1、图2、图3和图4。所述尾部延伸座3的横截面与上述电机本体1的横截面的形状和大小相一致。

参照图1、图2、图3和图4。所述尾部延伸座3由相互间呈对称设置的上壳体30和下壳体31构成，该上壳体30和下壳体31可拆卸地安装于所述电机本体1上。

参照图1、图2、图3和图4。所述上壳体30和下壳体31的横截面上开设有至少一长条形安装孔300，所述电机本体1上对应设置有复数个由动力输出端2一侧贯穿至另一侧而伸出的螺栓件5，所述上壳体30和下壳体31通过其上各自的长条形安装孔300与上述螺栓件5紧固。

参照图1、图2、图3和图4。所述电机本体1在其与动力输出端2位置相反的一侧设置有一截面小于该电机本体1截面的编码器6，所述上壳体30和下壳体31的内侧各设置有用于容纳该编码器6的容置腔301，所述电路板单元4安装于该容置腔301内并且位于所述编码器6的另一侧。

参照图1、图2、图3和图4。所述上壳体30和下壳体31在与容置腔301相反的一侧设置有散热结构。

参照图1、图2、图3和图4。所述上壳体30和下壳体31为铝合金壳体，所述散热结构包括有复数个间隔布置的散热鳍片302。

参照图1、图2、图3和图4。所述电路板单元4包括外部信号输入接口40、光纤通讯模块41、编码器接口电路42、ARM处理器43、电机驱动电路44以及直流电源V，所述电机驱动电路44包括时序控制电路45、电机保护电路46以及驱动工作电路47，所述外部信号输入接口40、光纤通讯模块41均与所述ARM处理器43双向连接，所述编码器6电路的输出端与所述ARM处理器43的使能端相连，所述时序控制电路45的使能端连接于所述ARM处理器43的输出端，所述时序控制电路45的输出端连接于所述电机保护电路46的使能端，所述电机保护电路46的输出端连接于驱动工作电路47的使能端。

参照图4。所述驱动工作电路47包括：接受U相控制信号高端信号UH和低端信号UL的第一隔离栅极驱动电路、第一自举升压电路、第一MOS管输出极；接受V相控制信号VH和VL的第二隔离栅极驱动电路、第二自举升压电路、第二MOS管输出极；以及接受W相控制信号WH和WL的第三隔离栅极驱动电路、第三自举升压电路、第三MOS管输出极；其中第一隔离栅极驱动电路包括驱动芯片U1、电阻R1和电阻R2，第一自举升级电路包括二极管D2和电容C6组成，第一MOS管输出极由N沟道MOS管Q1和N沟道MOS管Q3组成，U相控制信号高端信号UH和低端信号UL经过驱动芯片U1内部隔离后，高端信号UH由驱动芯片U1输出到N沟道MOS管Q1，低端信号UL由驱动芯片U1输出到N沟道MOS管Q3，并且通过驱动芯片U1内部产生的时序控制电路45实现以上电路的通断状态，当N沟道MOS管Q1截止，N沟道MOS管Q3导通时，直流电源V通过二极管D2给电容C6充电，此时电容C6上的电压接近直流电源V的电压，当N沟道MOS管Q1导通，N沟道MOS管Q3截止时，电容C6上的电压在N沟道MOS管Q1的栅极和源极之间建立一个驱动电路，供驱动芯片U1驱动N沟道MOS管Q1使用，此时电容C6放电，当N沟道MOS管Q1/N沟道MOS管Q3工作时将不断重复上述过程，电容C6上将反复进行充/放电动作，由于C6充电快，放电慢，故在C6上将保持一个足够高的栅极驱动电压，驱动芯片U1和N沟道MOS管Q1能正常工作。

参照图4。所述第二隔离栅极驱动电路包括驱动芯片U2、电阻R3和电阻R11，第二自举升级电路包括二极管D3和电容C7组成，第二MOS管输出极由N沟道MOS管Q2和N沟道MOS管Q4组成，V相控制信号高端信号VH和低端信号VL经过驱动芯片U2内部隔离后，高端信号VH由驱动芯片U2输出到N沟道MOS管Q2，低端信号VL由驱动芯片U2输出到N沟道MOS管Q4，并且通过驱动芯片U2内部产生的时序控制电路45实现以上电路的通断状态，当N沟道MOS管Q2截止，N沟道MOS管Q4导通时，直流电源V通过二极管D3给电容C7充电，此时电容C7上的电压接近直流电源V的电压，当N沟道MOS管Q2导通，N沟道MOS管Q4截止时，电容C7上的电压在N沟道MOS管Q2的栅极和源极之间建立一个驱动电路，供驱动芯片U2驱动N沟道MOS管Q2使用，此时电容C7放电，当N沟道MOS管Q2/N沟道MOS管Q4工作时将不断重复上述过程，电容C7上将反复进行充/放电动作，由于C7充电快，放电慢，故在C7上将保持一个足够高的栅极驱动电压，驱动芯片U2和N沟道MOS管Q2能正常工作。

参照图4。所述第三隔离栅极驱动电路包括驱动芯片U3、电阻R12和电阻R30，第三自举升级电路包括二极管D1和电容C10组成，第三MOS管输出极由N沟道MOS管Q5和N沟道MOS管Q6组成，W相控制信号高端信号WH和低端信号WL经过驱动芯片U3内部隔离后，高端信号WH由驱动芯片U3输出到N沟道MOS管Q5，低端信号WL由驱动芯片U3输出到N沟道MOS管Q6，并且通过驱动芯片U3内部产生的时序控制电路45实现以上电路的通断状态，当N沟道MOS管Q5截止，N沟道MOS管Q6导通时，直流电源V通过二极管D1给电容C10充电，此时电容C10上的电压接近直流电源V的电压，当N沟道MOS管Q5导通，N沟道MOS管Q6截止时，电容C10上的电压在N沟道MOS管Q5的栅极和源极之间建立一个驱动电路，供驱动芯片U3驱动N沟道MOS管Q5使用，此时电容C10放电，当N沟道MOS管Q5/N沟道MOS管Q6工作时将不断重复上述过程，电容C10上将反复进行充/放电动作，由于C10充电快，放电慢，故在C10上将保持一个足够高的栅极驱动电压，驱动芯片U3和N沟道MOS管Q5能正常工作。

参照图4。所述电机保护电路46由上端电流保护电路和下端电流保护电路组成，上端电流保护电路由光电耦合器U15、电容C8、电阻R8以及电阻R5组成，电阻R5串联在N沟道MOS管Q1、N沟道MOS管Q2以及N沟道MOS管Q5的漏极，用于检测工作总电流，并转换成电压；电阻R8以及电容C8组成低通滤波器，将脉动工作电压滤波后形成直流电压输入到光电耦合器U15，当电压高于1V时，光电耦合器U15将导通，并输出一个低电平信号，表示过流。

参照图4。所述下端电流保护电路由三极管Q7、电容C9、电阻R22、电阻R23以及电阻R6组成，电阻R6串联在N沟道MOS管Q6的源极，将N沟道MOS管Q6的源极电流转换成电压；电阻R22、电阻R23、电容C9组成低通滤波器，将脉动工作电压滤波后形成直流电压输入到三极管Q7，当电压高于0.7V时，三极管Q7将导通，并输出一个低电平信号，表示过流。

本发明采用的电路，通过设置三组结构相同的隔离栅极驱动电路、自举升压电路以及MOS管输出极，既可以满足在三相电源系统中顺畅工作，又使得整个电路功耗小，发热量低，线路简单，可大幅提高驱动电路的可靠性、延长驱动器和伺服电机使用寿命，节省返修成本。

本发明中电路板单元4设计小巧美观，因而能够完全满足内置于容置腔301内，而且通过电路的修改设计，可以大大地减少电路板的发热量，使得仅仅依靠铝合金壳体及其散热鳍片302的作用即可充分带走设备运行时候产生的热量，保证电路长时间顺畅工作，极大提高了产品的使用寿命。

和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于:

本发明结构简单、实用性强，通过设置在电机本体1的另一侧设置尾部延伸座3，不仅可以将电机后部的编码器6保护起来，而且可以在里面直接加装电路板单元4，这样就使得伺服电机不需要另外通过接线去与外部的控制和驱动装置进行连接，完全实现控制及驱动内置于伺服电机上，通过加设尾部延伸座3，可以将伺服电机做成原来电机本体1的加长版，如此一来，多台伺服电机可以紧挨着进行排布，不仅大大地提高安装的整洁性和美观性，而且不需要预留接线位置，极大地减少占用空间。

以上对本发明所提供的一种改良型的一体化伺服电机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明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发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。