一种嵌入式闭环步进电机的制作方法

本实用新型涉及一种传动用的步进电机，尤其涉及一种工业用嵌入式闭环步进电机。

背景技术：

自动化控制上常常用到步进控制，传统步进控制包括开环控制和闭环控制，对于开环控制仅仅是对电流进行闭环控制，无位置反馈或是速度反馈，应用的步进电机普遍是采用运动控制器( 运动控制卡)+ 步进电机驱动器+ 步进电机的控制方式，驱动器对控制器发出的脉冲控制信号进行放大从而驱动步进电机运动。这种控制方式主要的优点是，在开环控制下保证一定的控制精度，但开环控制也有一定的缺点：电机与驱动器之间没有反馈，容易出现失步，产生位置偏差，不能满足现代工控技术日益集成化、小型化和高精度的发展要求。而对于步进电机闭环控制，一般采用在电机上安装外置式转子，同时对应安装3对极或5对极光栅，这样生产成本高而且结构也较复杂。如果采用伺服电机，但价格是步进电机几倍或十几倍相当昂贵。

步进电机工作原理：步进电机通过脉冲信号来驱动电机，步进电机的转速及转向都是根据脉冲信号频率而决定，当步进电机得到脉冲信号后定子与转子通过磁场作用力而转子旋转起来，因此步进电机可以任意旋转到任意角度，通过计算步进电机步进角度而提供的脉冲数就可以达到预定的位置角度。如果步进电机在转动过程中，当受到外力或者瞬间超过步进电机的输出扭力的情况下将会出现丢步或失步现象而达不到预定位置。

为了达到产品的精度而且又能降低成本，通过转子永磁磁场由霍尔传感器来反馈步进电机的每一步角度运转情况，如果有丢步或失步将由脉冲发生器补所丢失的步数，以达到通过霍尔传感器精准控制步进电机的目的。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型要解决的技术问题是提供一种嵌入式闭环步进电机，通过转子在磁场中旋转，然后霍尔传感器（A霍尔传感器）检测转子转动的机械角度，将电讯信号方波来反馈机械旋转角度，并通过有效滞后角度90度的霍尔传感器（B霍尔传感器）来同时检测，同时转子磁场可采用24对极（15度），48对极（7.5度），96对极（3.75度），达到精密检测防止失步；也可以通过霍尔传感器检测的方法来提高步进电机的响应频率（即速度）。

为了实现上述目的，本实用新型采用了下述技术方案。

一种嵌入式闭环步进电机，包括步进电机及控制单元，所述步进电机包括定子、转子、连接器、安装板和电机轴承，所述电机轴承安装转子，所述定子设置在步进电机内壁，所述转子安装在定子与安装板形成的空腔内，所述步进电机的顶部和底部分别设置上安装板，下安装板，所述连接器设置在下安装板上，所述连接器通过下安装板与步进电机相连，所述控制单元包括PLC控制器，霍尔传感器，所述霍尔传感器配备A霍尔传感器和有效滞后角度90度的B霍尔传感器。

作为优选，所述霍尔传感器检测转子转动的机械角度，传感器输出方波电讯信号来反馈机械旋转角度，并通过PLC控制器闭环控制。

作为优选，所述霍尔传感器以嵌入的方式设置在步进电机内的下安装板，所述霍尔传感器设置在转子的下方，通过信号线与连接器相连。

作为优选，所述转子配备24对极（15度），48对极（7.5度），96对极（3.75度）磁场。

作为优选，所述步进电机直径为φ25mm、φ35mm、φ42mm。

作为优选，所述霍尔传感器包括低压差有源反向保护电压调节器，放大器，比较器，驱动单元，霍尔单元。

作为优选，所述转子采用永磁体。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果为：1.通过转子在磁场中旋转，霍尔传感器输出方波电讯信号检测转子转动的机械角度，将输出方波电讯信号来反馈机械旋转角度，并通过有效滞后角度90度的霍尔传感器来同时侦测，通过这种双通道检测的机械角度差来判定是否失步，并通过PLC控制器计算失步后的补偿值，并将信号传递给步进电机；2. 转子磁场可采用24对极（15度），48对极（7.5度），96对极（3.75度），将步进电机每步的转动幅度变小，达到防止失步；3.采用霍尔传感器检测，结构简单，反应速度快，可以提高步进电机的响应频率（即速度）。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型控制单元结构示意图。

图3为本实用新型霍尔传感器的电路图

图4为本实用新型48对极磁场结构示意图。

图中：1、上安装板，2、定子，3、下安装板，4、转子，5、霍尔传感器，6、连接器,7、电机轴承。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施实例，对本实用新型进行进一步详细的说明。

如图1所示，一种嵌入式闭环步进电机，包括步进电机及控制单元，所述步进电机包括定子2、转子4、连接器6、安装板和电机轴承7，所述电机轴承7安装转子4，所述定子2设置在步进电机内壁，所述转子4安装在定子2与安装板形成的空腔内，所述步进电机的顶部和底部分别设置上安装板1，下安装板3，所述连接器6设置在下安装板3上，所述连接器6通过下安装板3与步进电机相连，所述控制单元包括PLC控制器，霍尔传感器，所述霍尔传感器配备A霍尔传感器和有效滞后角度90度的B霍尔传感器同步侦测。

为了节约步进电机的空间及美观，将所述霍尔传感器以嵌入的方式设置在步进电机内的下安装板3，所述霍尔传感器设置在转子4的下方，通过信号线与连接器相连。

实施例1，参考图2，所述霍尔传感器配备A霍尔传感器和有效滞后角度90度的B霍尔传感器。首先PLC控制器根据实际需要输入指令，然后对步进电机发出脉冲信号，转子4在磁场中旋转，霍尔传感器（A霍尔传感器）检测转子转动的机械角度，将电讯信号来反馈机械旋转角度，同时通过有效滞后角度90度的霍尔传感器（B霍尔传感器）来同步侦测，此装置采用A,B霍尔传感器双通道会产生测量角度差值。PLC控制器可以根据实际情况设置失步的角度阀值，当测量的角度差值超过阀值，则PLC控制器计算出补偿值，并通过脉冲发生器向步进电机发出所丢失的步数指令，从而实现了闭环控制，防止失步。

进一步，参考图4（48对极，即48对NS极，其他对极可以此类推），所述转子配备24对极（15度），48对极（7.5度），96对极（3.75度）磁场，即步进电机每次转动的最小角度为15度，7.5度，3.75度，通过将步进电机每步的转动幅度变小，达到精密测量，防止失步。

进一步，所述步进电机直径为φ25mm、φ35mm、φ42mm。

进一步，所述转子采用永磁体。

实施例2，参考图3 ,所述霍尔传感器包括低压差有源反向保护电压调节器，放大器，比较器，驱动单元，霍尔单元。低压差有源反向保护电压调节器是为了防止受到外力或者瞬间超过步进电机的输出扭力的情况下电路烧坏，当霍尔传感器接收到转子转动机械角度的电讯号后，通过霍尔单元对其电讯号进行动态失调消除，并通过放大器对信号放大采样，再返回霍尔单元进行再次动态失调相差，循环多次后，将整合后的信号反馈给比较器，比较器通过与基准电压的对比产生差值，然后将差值传给驱动单元预驱动（为了防止电流过大，设置了输出限流阀值），对步进电机发出转动指令，整个霍尔传感器结构简单，反应速度快，可以提高步进电机的响应频率（即速度）。