一种带有驱动控制电路的步进电机的制作方法

本发明涉及步进电机技术领域，更具体地说，它涉及一种带有驱动控制电路的步进电机。

背景技术：

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。

步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的多相时序控制器。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。

现在的步进电机与控制其转动的功率驱动电路是分开设计制造的，在一个地方设置步进电机后需要在步进电机旁找一个位置安装功率驱动电路，即占用了空间，同时，步进电机与功率驱动电路之间以及功率驱动电路上均电连接有导线，导线越长越容易受到电机周围磁场的干扰，从而干扰到导线上的信号。

技术实现要素：

针对现有的技术问题，本发明提供一种带有驱动控制电路的步进电机，其具有所需安装空间小、功率驱动电路的抗干扰能力强的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种带有驱动控制电路的步进电机，包括电机壳体、转动轴以及电路壳体，所述转动轴转动连接在所述电机壳体上，且一端延伸出所述电机壳体，另一端未延伸出所述电机壳体；

所述电路壳体固定在所述电机壳体没有所述转动轴延伸出来的一端上，所述电机壳体上内固定连接有电路板，所述电路板靠近所述电机壳体的一侧设置有功率驱动电路，所述电路板远离所述电机壳体的一侧设置有通信控制电路；

所述功率驱动电路包括电源组件以及驱动组件，所述通信控制电路包括控制组件以及通信组件，所述电源组件为所述驱动组件、所述控制组件以及所述通信组件供电，所述通信组件接收外界信号并将信号解码发送给所述控制组件，所述控制组件发送时序信号给所述驱动组件，所述驱动组件根据所述时序信号驱动所述转动轴转动。

通过上述技术方案，步进电机的定子与转子均在电机壳体内，功率驱动电路设置在步进电子的一端上，不需要在步进电机旁找一个位置安装功率驱动电路，节省了空间；功率驱动电路中的电流大而不易受到外界的磁场干扰，功率驱动电路设置在控制组件与电机壳体之间，功率驱动电路中的工作电流具有降低外界磁场对控制组件与通信组件中线路的电磁干扰的效果。

进一步的，所述功率驱动电路还包括磁感组件，所述磁感组件设置在所述电源组件旁，且位于所述电路板的中间位置并对准所述转动轴；

所述磁感组件感应到所述转动轴转动时的磁场变化生成磁感信号，所述控制组件读取所述磁感信号，并根据所述磁感信号纠正所述时序信号。

通过上述技术方案，磁感组件能够检测步进电机的转动状态，生成磁感信号并将磁感信号发送给控制组件，可以实现步进电机的闭环操作。

进一步的，所述电源组件包括电源输入端、第一电源芯片、第一直流输出端、第二电源芯片以及第二直流输出端；

所述第一电源芯片具有八个引脚，其引脚一与所述电源输入端的正极电连接，引脚四至引脚八均与所述电源输入端的负极电连接，引脚二电连接有二极管d2的负极，二极管d2的正极与所述电源输入端的负极电连接，引脚二通过依次串联的电感l1以及电阻r2与引脚三电连接，引脚三还通过电阻r3与所述电源输入端的负极电连接，电感l1与电阻r2之间的连接点为所述第一直流输出端的正极，所述第一直流输出端的负极与所述电源输入端的负极电连接；

所述第二电源芯片具有三个引脚，其引脚三与所述第一直流输出端的正极电连接，引脚一与第一直流输出端的负极电连接，引脚二为所述第二直流输出端的正极，所述第二直流输出端的负极与所述电源输入端的负极电连接。

通过上述技术方案，电源组件可以为其它组件提供可靠的工作电源。

进一步的，所述电源输入端的正极与负极之间、所述第一直流输出端的正极与负极之间、所述第二直流输出端的正极与负极之间均电连接有多个滤波电容。

通过上述技术方案，滤波电容能够滤去电源组件不需要的杂波，从而提高工作电源的可靠性与质量。

进一步的，所述通信组件包括与外界差分信号电连接的差分输入端、具有四个引脚的光耦隔离芯片以及脉冲输出端，所述差分输入端的正相通过电阻r22与所述光耦隔离芯片的引脚一电连接，所述差分输入端的负相与所述光耦隔离芯片的引脚三电连接，所述光耦隔离芯片的引脚一上连接有二极管d3的负极以及电容c23，二极管d3的正极与电容c23远离引脚的一端均与引脚三电连接；

所述光耦隔离芯片的引脚四与所述第二直流输出端的负极电连接，引脚五与引脚六之间电连接由电阻r5，引脚六与所述第二直流输出端的正极电连接，引脚五通过电阻r10与脉冲输出端电连接。

通过上述技术方案，通信组件能将控制组件不能直接识别的外界差分信号转化为控制组件容易识别的脉冲信号。

进一步的，所述控制组件包括具有多个输入引脚、多个控制引脚以及多个电源引脚的控制芯片以及所述控制芯片适配的外围电路，所述电源引脚与所述第二直流输出端电连接，所述脉冲输出端与一个所述输入引脚电连接；

所述脉冲输出端与所述控制芯片的一个所述输入引脚电连接。

通过上述技术方案，控制组件用于接收信号以及向外发送控制信号，读取脉冲输出端上的脉冲信号来控制驱动功率组件的驱动状态，读取磁感信号借以判断步进电机是否达到预设的工作状态。

进一步的，所述控制组件旁设置有显示组件，所述显示组件包括二极管ld1以及电阻r11，二极管ld1的正极与所述第二直流输出端的正极电连接，二极管ld1的负极通过电阻r11与所述控制芯片的一个所述控制引脚电连接。

通过上述技术方案，显示组件具有亮与灭工作状态，控制芯片通过控制以及让二极管ld1不停地亮灭闪烁以显示控制芯片的正常工作状态，或者让二极管ld1不停地亮灭闪烁以显示步进电机的正常工作状态。

进一步的，所述驱动组件包括具有四十八个引脚的驱动芯片以及所述驱动芯片适配的外围电路，所述驱动芯片的引脚二至引脚四、引脚三十九、引脚四十四至引脚四十七均与所述控制芯片上的所述控制引脚电连接；

所述驱动芯片的引脚八与引脚九电连接后通过电阻r23与所述电源输入端的正极电连接，引脚二十九与引脚三十电连接后通过电阻r1与所述电源输入端的正极电连接，引脚三十二与所述电源输入端的正极电连接，引脚三十四与第一直流输出端的正极电连接，引脚四十三通过电阻r9与第一直流输出端的正极电连接，所述驱动芯片的接地引脚电连接所述电源输入端的负极；

所述驱动芯片的引脚十与引脚十一电连接后作为第一环脉冲负极，引脚十六与引脚十七电连接后作为第一环脉冲正极，引脚二十与引脚二十一电连接后作为第二环脉冲负极，引脚二十六与引脚二十七电连接后作为第二环脉冲正极；

所述第一环脉冲正极、所述第一环脉冲负极、所述第二环脉冲正极以及所述第二环脉冲负极均与步进电机上的端子电连接。

通过上述技术方案，采用集成芯片制成驱动功率组件，降低电路板上元器件的数量，缩小电路板的体积。

进一步的，所述磁感组件包括具有十六个引脚的磁感芯片，所述磁感芯片的引脚一通过电阻r14与所述控制芯片上的一个所述输入引脚电连接，所述磁感芯片的引脚二通过电阻r18与所述控制芯片上的一个所述输入引脚电连接，引脚八与所述第一直流输出端的正极电连接，引脚九与所述第一直流输出端的负极电连接，所述磁感芯片的其它引脚为空；

电阻r14与所述输入引脚电连接的一端通过电阻r12与第一直流输出端的负极电连接，电阻r18与所述输入引脚电连接的一端通过电阻r19与第一直流输出端的负极电连接。

通过上述技术方案，使用集成的磁感芯片制成磁感组件能够降低磁感组件的元器件数量，降低电路复杂程度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：电路板设置在步进电子的一端上，不需要在步进电机旁找一个位置安装功率驱动电路，节省了空间；功率驱动电路中的电流大而不易受到外界的磁场干扰，功率驱动电路设置在控制组件与电机壳体之间，功率驱动电路中的工作电流具有降低外界磁场对控制组件与通信组件中线路的电磁干扰的效果，采用集成的芯片制成驱动功率组件、磁感组件，降低电路板上元器件的数量，缩小电路板的体积，从而降低电路板上的磁通量，更好地节省空间以及降低外界磁场对控制组件与通信组件中线路的电磁干扰。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为本发明实施例隐藏电路壳体的结构示意图；

图3为本发明实施例展示通信控制电路的结构示意图；

图4为本发明实施例的电路框图；

图5为本发明实施例电源组件与通信组件的电路原理图；

图6为本发明实施例控制组件与显示组件的电路原理图；

图7为本发明实施例驱动组件的电路原理图；

图8为本发明实施例磁感组件的电路原理图。

附图标记：100、电机壳体；200、转动轴；300、电路壳体；400、电路板；410、功率驱动电路；411、电源组件；412、驱动组件；413、磁感组件；420、通信控制电路；421、控制组件；422、显示组件；423、通信组件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

实施例

一种带有驱动控制电路的步进电机，如图1与图2所示，包括呈矩形体的电机壳体100，电机壳体100的内壁上固定连接有定子，电机壳体100上转动连接有转子，转子上固定连接有转动轴200，转动轴200的长度方形与电机壳体100的长度方向平行。转动轴200的一端延伸出电机壳体100，另一端未延伸出电机壳体100。

电机壳体100没有转动轴200延伸出来的一端上通过螺栓固定连接有电路壳体300，电路壳体300沿远离转动轴200的方向延伸。电机壳体100上内通过螺栓固定连接有电路板400，电路板400与转动轴200垂直。

如图3与图4所示，电路板400靠近电机壳体100的一侧设置有功率驱动电路410，功率驱动电路410包括电源组件411、驱动组件412以及磁感组件413。电路板400远离电机壳体100的一侧设置有通信控制电路420，通信控制电路420包括控制组件421、显示组件422以及通信组件423。电源组件411为驱动组件412、控制组件421、磁感组件413以及通信组件423供电，通信组件423接收外界信号并将信号解码发送给控制组件421，控制组件421发送时序信号给驱动组件412，驱动组件412根据时序信号驱动转动轴200转动，磁感组件413设置在电源组件411旁且位于电路板400的中间位置并对准转动轴200。磁感组件413感应到转动轴200转动时的磁场变化生成磁感信号，控制组件421读取磁感信号，并根据磁感信号纠正时序信号。

如图5所示，电源组件411包括电源输入端、第一电源芯片、第一直流输出端、第二电源芯片以及第二直流输出端。电源输入端为50v的直流电源，电源输入端的正极为dc+，第一电源芯片为xl7005a芯片，第一直流输出端为5v的直流电源，第二电源芯片为spx1117m3-3.3，第二直流输出端为3.3v的直流电源。外界电源也是直流电源，外界电源正极通过二极管d1与电源输入端的正极电连接，二极管d1的正极电连接在外界电源上，二极管d1的负极电连接在电源输入端上。

第一电源芯片具有八个引脚，其引脚一与电源输入端的正极电连接，引脚四至引脚八均与电源输入端的负极电连接，引脚二电连接有二极管d2的负极，二极管d2的正极与电源输入端的负极电连接，引脚二通过依次串联的电感l1以及电阻r2与引脚三电连接，引脚三还通过电阻r3与电源输入端的负极电连接，电感l1与电阻r2之间的连接点为第一直流输出端的正极，第一直流输出端的负极与电源输入端的负极电连接。

第二电源芯片具有三个引脚，其引脚三与第一直流输出端的正极电连接，引脚一与第一直流输出端的负极电连接，引脚二为第二直流输出端的正极，第二直流输出端的负极与电源输入端的负极电连接。电源输入端的正极与负极之间、第一直流输出端的正极与负极之间、第二直流输出端的正极与负极之间均电连接有多个滤波电容。电源组件411可以为其它组件提供可靠的工作电源，滤波电容能够滤去电源组件411不需要的杂波，从而提高工作电源的可靠性与质量。

通信组件423包括与外界差分信号电连接的差分输入端、具有四个引脚的光耦隔离芯片以及脉冲输出端。光耦隔离芯片采用tlp2309芯片。差分输入端的正相通过电阻r22与光耦隔离芯片的引脚一电连接，差分输入端的负相与光耦隔离芯片的引脚三电连接，光耦隔离芯片的引脚一上连接有二极管d3的负极以及电容c23，二极管d3的正极与电容c23远离引脚的一端均与引脚三电连接。

光耦隔离芯片的引脚四与第二直流输出端的负极电连接，引脚五与引脚六之间电连接由电阻r5，引脚六与第二直流输出端的正极电连接，引脚五通过电阻r10与脉冲输出端电连接。

如图6所示，控制组件421包括具有多个输入引脚、多个控制引脚以及多个电源引脚的控制芯片以及控制芯片适配的外围电路，电源引脚与第二直流输出端电连接，脉冲输出端与一个输入引脚电连接。控制芯片采用具有48个引脚的stm32f302cbt6芯片，stm32f302cbt6芯片还连接有与其适配的外围工作电路，如8mhz无源晶振等元器件。脉冲输出端与控制芯片的一个输入引脚电连接。

显示组件422设置在控制组件421旁，显示组件422包括二极管ld1以及电阻r11，二极管ld1的正极与第二直流输出端的正极电连接，二极管ld1的负极通过电阻r11与控制芯片的一个控制引脚电连接。显示组件422具有亮与灭工作状态，控制芯片通过控制以及让二极管ld1不停地亮灭闪烁以显示控制芯片的正常工作状态，或者让二极管ld1不停地亮灭闪烁以显示步进电机的正常工作状态。当该控制引脚为低电平时，二极管ld1亮，当该控制引脚为高电平时，二极管ld1熄灭。

如图7所示，驱动组件412包括具有四十八个引脚的驱动芯片以及驱动芯片适配的外围电路，驱动芯片为tb67s109aftg芯片。tb67s109aftg是一种配备pwm斩波器的两相双极步进电机驱动器。它内置时钟解码器，采用bicd工艺制作，额定值为50v/4.0a，能够控制1台双极步进电机，允许全步，半步，四分之一，1/8，1/16，1/32步运行。

驱动芯片的引脚二至引脚四、引脚三十九、引脚四十四至引脚四十七均与控制芯片上的控制引脚电连接。驱动芯片的引脚八与引脚九电连接后通过电阻r23与电源输入端的正极电连接，引脚二十九与引脚三十电连接后通过电阻r1与电源输入端的正极电连接，引脚三十二与电源输入端的正极电连接，引脚三十四与第一直流输出端的正极电连接，引脚四十三通过电阻r9与第一直流输出端的正极电连接，驱动芯片的接地引脚电连接电源输入端的负极。驱动芯片的引脚十与引脚十一电连接后作为第一环脉冲负极，引脚十六与引脚十七电连接后作为第一环脉冲正极，引脚二十与引脚二十一电连接后作为第二环脉冲负极，引脚二十六与引脚二十七电连接后作为第二环脉冲正极。

第一环脉冲正极、第一环脉冲负极、第二环脉冲正极以及第二环脉冲负极均与步进电机上的端子电连接。第一环脉冲正极为a+，第一环脉冲负极为a-，第二环脉冲正极为b+，第二环脉冲负极为b-。采用集成芯片制成驱动功率组件，降低电路板400上元器件的数量，缩小电路板400的体积。

如图8所示，磁感组件413包括具有十六个引脚的磁感芯片，磁感芯片为ak7451芯片，是一种轴磁传感器。磁感芯片的引脚一通过电阻r14与控制芯片上的一个输入引脚电连接，磁感芯片的引脚二通过电阻r18与控制芯片上的一个输入引脚电连接，引脚八与第一直流输出端的正极电连接，引脚九与第一直流输出端的负极电连接，磁感芯片的其它引脚为空。电阻r14与输入引脚电连接的一端通过电阻r12与第一直流输出端的负极电连接，电阻r18与输入引脚电连接的一端通过电阻r19与第一直流输出端的负极电连接。

带有驱动控制电路的步进电机工作时，电源组件411提供高质量的电源，通信组件423能将控制组件421不能直接识别的外界差分信号转化为控制组件421容易识别的脉冲信号，控制芯片读取脉冲信号后，发送pwm信号给驱动芯片，驱动芯片则识别pwm信号并控制步进电机转动。磁感芯片测得步进电机中转子的磁场变化，生成并发送磁感信号给控制芯片，控制芯片可以分析磁感信号代表的转子转动状态是否与脉冲信号代表的转子转动状态一致，若不一致，则可通过显示组件422来向外界发出不变的光信号来提示外界。在结构上，电路板400设置在步进电子的一端上，不需要在步进电机旁找一个位置安装功率驱动电路410，节省了空间。功率驱动电路410中的电流大而不易受到外界的磁场干扰，功率驱动电路410设置在控制组件421与电机壳体100之间，功率驱动电路410中的工作电流具有降低外界磁场对控制组件421与通信组件423中线路的电磁干扰的效果，采用集成的芯片制成驱动功率组件、磁感组件413，降低电路板400上元器件的数量，缩小电路板400的体积，从而降低电路板400上的磁通量，更好地节省空间以及降低外界磁场对控制组件421与通信组件423中线路的电磁干扰。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。