[实用新型]一种三自由度运动永磁球形步进电动机驱动电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及特种电机控制领域，具体涉及一种三自由度运动永磁球形步进电动机驱动电路。

背景技术

在机器人关节、机械手等工业生产应用领域中，现有的多自由度运动装置多由传统的单轴电机和机械传动机构构成，这种连接装置不仅降低了控制精度和响应速度，而且体积庞大。在多自由度运动控制系统等具有更高要求的控制系统中，传统的多自由度装置受到了很大的限制。球形电机的出现，给三自由度运动系统提供了一种新的思路，它具有体积小、灵活性高、快速定位等优势，但在转矩逆模型的精确建立、通电控制策略、位置检测等方面出现了新的难题，这给球形电机控制装置的设计也带来了新的挑战。

由于永磁球形步进电机能够实现三自由度运动的结构特点，其定子线圈少则十几个多则几十个，因此传统电机控制装置的驱动电路对于永磁球形电机不再适用。目前，业内需要开发出一款输出电流大、控制精度高的永磁球形电机电流控制装置，从而驱动球形电机实现三维空间中多自由度的运动。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，提供一种能够输出多路电流大小极性可控、输出电流大、精度高、结构简单、便于调试和维护的永磁球形步进电动机驱动电路，本实用新型提供以下技术方案：

一种三自由度永磁球形步进电动机驱动电路，包括电源、逆变单元、驱动单元、逻辑转换单元、电流采样控制单元、过流保护控制单元；所述逻辑转换单元与逆变单元相连、电流采样控制单元与逆变单元相连、过流保护控制单元与逆变单元相连，所述逆变单元与驱动单元相连，所述逆变单元与永磁球形步进电动机相连；所述驱动电路共有四层、每层结构完全相同，每层之间通过电源线并联连接，最大输出电流高达15安培。

进一步的，所述逆变单元包括“H”桥逆变电路和电流比较电路，所述“H”桥逆变电路与电流比较电路相连，所述“H”桥逆变电路的输出与永磁球形步进电动机的定子线圈相连，所述电流比较电路的输出与电流采样控制单元相连。

进一步的，所述驱动单元包括光耦隔离电路和功率放大电路，所述光耦隔离电路与功率放大电路相连，所述光耦隔离电路的输入端通过逆变单元与逻辑转换单元相连，所述功率放大电路的输出端与逆变单元中“H”桥逆变电路的开关器件相连。

进一步的，所述逻辑转换单元的输入端通过数据总线与上位机相连、输出端通过逆变单元与光耦隔离电路的输入端相连。

进一步的，所述电流采样控制单元包括微处理器和通讯电路，所述微处理器与通讯电路相连，所述微处理器的输入端与逆变单元相连，所述通讯电路的输出端通过数据总线与上位机相连。

进一步的，所述过流保护控制单元包括微处理器和过电流保护电路，所述微处理器的输入端与电流采样控制单元相连，所述微处理器的输出端与过流保护器电路相连，所述过流保护电路的输出与逆变单元相连。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型的驱动电路由单独的微处理器控制，减少主控模块的处理器工作负担，当负载电流过大时，自动切断负载，不仅保护电流控制装置，而且防止电机烧坏。

2、本实用新型的驱动电路具有电流采样功能，逆变电路设计电流比较电路，通过电流采样控制单元，将输出电流反馈给控制器AD采样通道，实现电流闭环控制。

3、本实用新型的驱动电路采用分层模块化设计思想，电源、逆变单元、驱动单元、逻辑转换单元、电流采样控制单元、过流保护控制单元单独设计，各单元分工明确，便于设备的调试和维护。

附图说明

图1、本实用新型的主要结构框图。

图2、本实用新型的驱动电路分层设计原理图。

图3、本实用新型的“H”桥逆变电路原理图。

图4、本实用新型的逻辑控制单元电路原理图。

具体实施方式

一种三自由度运动永磁球形步进电动机驱动电路，驱动电路的结构框图如图1所示，包括电源、逆变单元、驱动单元、逻辑转换单元、电流采样控制单元、过流保护控制单元。逻辑转换单元与逆变单元连接，驱动单元与逆变单元连接，电流采样控制单元输入与逆变单元连接，过流保护控制单元输入与电流采样控制单元输出连接，过流保护控制单元输出与逆变单元连接。驱动电路分四层设计，每层结构完全相同，每层之间通过电源线并联连接。驱动电路的设计采用从上到下的顶层设计思想，图2中DUTY-M1为上位机发来的1路PWM 信号，FLAG-M1为上位机发来的电流极性输出控制信号，这两路信号传送给驱动电路的逻辑控制单元。