[發明專利]一種三自由度運動永磁球形步進電動機驅動電路

有效

• 申請號: 201710485574.6
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107222142B
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 陸寅;王群京;李紳;過希文
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: H02P8/40
• 分類號: H02P8/40;H02M7/493
• 代理公司: 南京源古知識產權代理事務所(普通合伙) 32300
• 代理人: 吳麗娜

本發明涉及一種三自由度運動永磁球形步進電動機驅動電路，包括電源、逆變單元、驅動單元、邏輯轉換單元、電流采樣控制單元、過流保護控制單元；所述邏輯轉換單元與逆變單元相連、電流采樣控制單元與逆變單元相連、過流保護控制單元與逆變單元相連，所述逆變單元與驅動單元相連；所述驅動電路共有四層、每層結構完全相同，每層之間通過電源線并聯連接。本發明根據三自由度永磁球形步進電動機結構特點，將控制電路與驅動電路分離設計，驅動電路能夠輸出最大15A的驅動電流，具有結構簡單、輸出電流功率大、精度高等優點。

技術領域

本發明涉及特種電機控制領域，具體涉及一種三自由度運動永磁球形步進電動機驅動電路。

背景技術

在機器人關節、機械手等工業生產應用領域中，現有的多自由度運動裝置多由傳統的單軸電機和機械傳動機構構成，這種連接裝置不僅降低了控制精度和響應速度，而且體積龐大。在多自由度運動控制系統等具有更高要求的控制系統中，傳統的多自由度裝置受到了很大的限制。球形電機的出現，給三自由度運動系統提供了一種新的思路，它具有體積小、靈活性高、快速定位等優勢，但在轉矩逆模型的精確建立、通電控制策略、位置檢測等方面出現了新的難題，這給球形電機控制裝置的設計也帶來了新的挑戰。

由于永磁球形步進電機能夠實現三自由度運動的結構特點，其定子線圈少則十幾個多則幾十個，因此傳統電機控制裝置的驅動電路對于永磁球形電機不再適用。目前，業內需要開發出一款輸出電流大、控制精度高的永磁球形電機電流控制裝置，從而驅動球形電機實現三維空間中多自由度的運動。

發明內容

為了解決上述技術問題，提供一種能夠輸出多路電流大小極性可控、輸出電流大、精度高、結構簡單、便于調試和維護的永磁球形步進電動機驅動電路，本發明提供以下技術方案：

一種三自由度永磁球形步進電動機驅動電路，包括電源、逆變單元、驅動單元、邏輯轉換單元、電流采樣控制單元、過流保護控制單元；所述邏輯轉換單元與逆變單元相連、電流采樣控制單元與逆變單元相連、過流保護控制單元與逆變單元相連，所述逆變單元與驅動單元相連，所述逆變單元與永磁球形步進電動機相連；所述驅動電路共有四層、每層結構完全相同，每層之間通過電源線并聯連接，最大輸出電流高達15安培。

進一步的，所述逆變單元包括“H”橋逆變電路和電流比較電路，所述“H”橋逆變電路與電流比較電路相連，所述“H”橋逆變電路的輸出與永磁球形步進電動機的定子線圈相連，所述電流比較電路的輸出與電流采樣控制單元相連。

進一步的，所述驅動單元包括光耦隔離電路和功率放大電路，所述光耦隔離電路與功率放大電路相連，所述光耦隔離電路的輸入端通過逆變單元與邏輯轉換單元相連，所述功率放大電路的輸出端與逆變單元中“H”橋逆變電路的開關器件相連。

進一步的，所述邏輯轉換單元的輸入端通過數據總線與上位機相連、輸出端通過逆變單元與光耦隔離電路的輸入端相連。

進一步的，所述電流采樣控制單元包括微處理器和通訊電路，所述微處理器與通訊電路相連，所述微處理器的輸入端與逆變單元相連，所述通訊電路的輸出端通過數據總線與上位機相連。

進一步的，所述過流保護控制單元包括微處理器和過電流保護電路，所述微處理器的輸入端與電流采樣控制單元相連，所述微處理器的輸出端與過流保護器電路相連，所述過流保護電路的輸出與逆變單元相連。

本發明的有益效果在于：

1、本發明的驅動電路由單獨的微處理器控制，減少主控模塊的處理器工作負擔，當負載電流過大時，自動切斷負載，不僅保護電流控制裝置，而且防止電機燒壞。

2、本發明的驅動電路具有電流采樣功能，逆變電路設計電流比較電路，通過電流采樣控制單元，將輸出電流反饋給控制器AD采樣通道，實現電流閉環控制。