一体化电机及控制系统论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种一体化电机及控制系统，包括驱动控制设备和步进电机本体，驱动控制设备的支架、电路板、罩壳从下至上依次固定于步进电机本体后端上，形成一体化电机，从而避免现有将驱动器与电机本体分离设置而存在的容易受到干扰、线材和人工成本高等问题；电路板上设置有驱动控制电路和与驱动控制电路相连接的I\/O接线单元，I\/O接线单元设置包括至少两个I\/O接线端子，I\/O接线端子显露于罩壳外部，以便于与I\/O接线端子相匹配连接的I\/O接线插头插入，从而节省电机本体的安装空间，使得一体化电机能更好的适应有限的安装空间。

主设计要求

1.一种一体化电机，其特征在于，包括驱动控制设备和步进电机本体，所述驱动控制设备包括罩壳，电路板，所述电路板、罩壳从下至上依次固定于所述步进电机本体后端上，所述电路板卡嵌在所述罩壳内；所述电路板上设置有驱动控制电路和与驱动控制电路相连接的I\/O接线单元，所述I\/O接线单元包括至少两个I\/O接线端子，所述I\/O接线端子显露于罩壳外部，以便于与I\/O接线端子相匹配连接的I\/O接线插头插入。

设计方案

1.一种一体化电机，其特征在于，包括驱动控制设备和步进电机本体，所述驱动控制设备包括罩壳，电路板，所述电路板、罩壳从下至上依次固定于所述步进电机本体后端上，所述电路板卡嵌在所述罩壳内；

所述电路板上设置有驱动控制电路和与驱动控制电路相连接的I\/O接线单元，所述I\/O接线单元包括至少两个I\/O接线端子，所述I\/O接线端子显露于罩壳外部，以便于与I\/O接线端子相匹配连接的I\/O接线插头插入。

2.如权利要求1所述的一体化电机，其特征在于，所述I\/O接线端子与所述罩壳的罩壳侧面形成一定角度并从所述罩壳侧面露出。

3.如权利要求2所述的一体化电机，其特征在于，I\/O接线端子的接线方向与所述罩壳侧面形成的角度为大于0°，小于等于90°。

4.如权利要求2所述的一体化电机，其特征在于，所述至少两个接线端子与I\/O接线插头连接的一端从所述罩壳的同一个侧面露出。

5.如权利要求2所述的一体化电机，其特征在于，所述罩壳的侧面设置有封闭的第一端子容纳通槽，所述I\/O接线端子位于所述第一端子容纳通槽内，所述I\/O接线端子的接线方向通过所述第一端子容纳通槽从所述罩壳的侧面露出；

或，所述驱动控制设备还包括设置于所述电路板与所述步进电机本体后端端面之间的支架，所述罩壳的侧面设置有与所述支架相通的第二端子容纳通槽，所述I\/O接线端子位于所述第二端子容纳通槽内，所述I\/O接线端子的接线方向通过所述第二端子容纳通槽从所述罩壳的侧面露出。

6.如权利要求1所述的一体化电机，其特征在于，所述I\/O接线端子从所述罩壳的罩壳端面露出。

7.如权利要求1-6任一项所述的一体化电机，其特征在于，所述I\/O接线端子包括供电源输入的电源端子和接地端子。

8.如权利要求7所述的一体化电机，其特征在于，所述I\/O接线端子还包括以下端子中的至少一种：

供输入控制信号的控制端子、供输入设置信号的设置端子。

9.如权利要求1-6任一项所述的一体化电机，其特征在于，所述电路板上设置有两个I\/O接线端子、四个I\/O接线端子、六个I\/O接线端子、八个I\/O接线端子或十个I\/O接线端子。

10.一种自动化控制系统，其特征在于，包括执行机构和如权利要求1-9任一项所述的一体化电机，所述步进电机主体与所述执行机构连接，所述驱动控制设备通过所述步进电机主体控制所述执行机构执行相应的动作。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电机控制领域，尤其涉及一体化电机及控制系统。

背景技术

电机驱动器是一种广泛应用于工业控制和自动化生产中的产品，例如应用于3C自动化、单轴机械手、物流等多种自动化控制行业。在现在的自动化设备中，控制器、驱动器和电机本体(即执行机构一般都是独立存在的。其物理上是单独的三个部件设备。一般控制器和驱动器安装在自动化设备的专用电控柜中，执行机构(一般指步进电机本体或伺服电机本体)一般安装于自动化设备的传动轴端，这种自动化设备存在以下缺点：自动化设备的体积很难缩小，驱动器与电机本体之间需要较长的信号线连接，容易受到干扰，部件之间的有线连接需要线材和人工的成本耗费。因此，提供能将驱动器与电机本体集成在一起的一体化电机是目前急需解决的技术问题。另外由于电机本体的安装空间有限，因此将驱动器与电机本体集成在一起之后驱动器上端子数量如何设置以及端口具体如何布局以更好的适应有限的安装空间也尤为重要。

实用新型内容

本实用新型提供了一体化电机及控制系统，解决现有驱动器与电机本体分离设置存在的问题，以及驱动器与电机本体集成在一起之后端子数量如何选择以及合理布局的问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种一体化电机，包括驱动控制设备和步进电机本体，所述驱动控制设备包括罩壳，电路板，所述电路板、罩壳从下至上依次固定于所述步进电机本体后端上，所述电路板卡嵌在所述罩壳内；

可选的，所述I\/O接线端子与所述罩壳的罩壳侧面形成一定角度并从所述罩壳侧面露出。

可选的，I\/O接线端子的接线方向与所述罩壳侧面形成的角度为大于0°，小于等于90°。

可选的，所述至少两个接线端子与I\/O接线插头连接的一端从所述罩壳的同一个侧面露出。

可选的，所述罩壳的侧面设置有封闭的第一端子容纳通槽，所述I\/O接线端子位于所述第一端子容纳通槽内，所述I\/O接线端子的接线方向通过所述第一端子容纳通槽从所述罩壳的侧面露出；

可选的，所述I\/O接线端子从所述罩壳的罩壳端面露出。

可选的，所述I\/O接线端子包括供电源输入的电源端子和接地端子。

可选的，所述I\/O接线端子还包括以下端子中的至少一种：

供输入控制信号的控制端子、供输入设置信号的设置端子。

可选的，所述电路板上设置有两个I\/O接线端子、四个I\/O接线端子、六个I\/O接线端子、八个I\/O接线端子或十个I\/O接线端子。

为了解决上述问题，本实用新型还提供了一种自动化控制系统，包括执行机构和如上所述的一体化电机，所述步进电机主体与所述执行机构连接，所述驱动控制设备通过所述步进电机主体控制所述执行机构执行相应的动作。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供一体化电机及控制系统，包括驱动控制设备和步进电机本体，驱动控制设备的电路板、罩壳从下至上依次固定于步进电机本体后端上，形成一体化电机，从而避免现有将驱动器与电机本体分离设置而存在的容易受到干扰、线材和人工成本高等问题；电路板上设置有驱动控制电路和与驱动控制电路相连接的I\/O接线单元，I\/O接线单元设置包括至少两个I\/O接线端子，I\/O接线端子显露于罩壳外部，以便于与I\/O接线端子相匹配连接的I\/O接线插头从插入，从而节省电机本体的安装空间，使得一体化电机能更好的适应有限的安装空间。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种一体化电机立体示意图一；

图2为本实用新型实施例提供的一种一体化电机立体示意图二；

图3为图1所示的一体化电机的爆炸示意图一；

图4为图1所示的一体化电机的爆炸示意图二；

图5为图1所示的一体化电机的爆炸示意图三；

图6为图1所示的一体化电机的罩壳的罩壳端面平面示意图；

图7为图1所示的一体化电机的罩壳的罩壳内侧结构示意图；

图8为图1所示的一体化电机的另一种爆炸示意图一；

图9为图1所示的一体化电机的另一种爆炸示意图二；

图10为本实用新型实施例提供的另一种一体化电机立体示意图；

图11为本实用新型实施例提供的一体化电机控制流程示意图；

图12为本实用新型实施例提供的磁编码器校正流程示意图；

图13为本实用新型实施例提供的步进电机控制装置结构示意图；

图中：1为驱动控制设备，2为步进电机本体，11为支架，12为电路板，为罩壳，110为第一通孔，111为第一辅助定位柱，112为第二辅助定位柱，113为支撑凸台，114放置通孔，115为同心定位凸台，116为支架上的第一定位通孔，117为绕线通孔，121为I\/O接线端子，122为RS485通信端子，123为拨码开关，124为电容，125为磁编码器，126为发热元器件，127第二辅助定位孔，128为电路板上的第二定位通孔，131为长螺钉，132为短螺钉，133为指示灯，134为指示灯窗口，135为第二通槽，136为第一通槽，137为导热凸台，138为罩壳高度定位凸台，1301为数据交互模块，1302为数据处理模块，1303为控制模块，1304为报警模，1305为保护模块，20为步进电机本体后端端面，21为电机后轴，22为第二通孔，221为环形台阶，23为固定套，24为磁片，241为与短螺钉配合的第二螺钉孔，242为与长螺钉配合的第一螺钉孔，25为第一辅助定位孔，26为销钉。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本实用新型中一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例一：

本实施例提供的一体化电机包括驱动控制设备和电机本体，驱动控制设备与电机本体连接形成一体化电机。本实施例中的驱动控制设备可集成实现电机驱动器的驱动功能，且可选的，还可集成实现控制器的至少部分功能。本实施例中的电机本体可为步进电机本体，也可为伺服电机本体，具体可根据需求和应用场景灵活选择。为了便于理解，本实施例下面以步进电机本体为示例进行说明。

在本实施例中，驱动控制设备的支架、电路板、罩壳从下至上依次固定于步进电机本体后端上，形成一体化电机，相对现有驱动器与电机本体分离设置的自动化设备而言，可以降低设备体积，使其更好的满足各种应用场景；且可大大缩短驱动控制设备与步进电机本体之间的连线，从而提升其抗干扰能力，同时减少部件之间的连线耗材和人工成本。

请参见图1-图7所示的一体化电机，其中图1-图2所示为本实施例所示例的一体化电机两个不同角度的立体示意图，图3-图5为该一体化电机不同角度的爆炸示意图，图6所示为罩壳端面的平面示意图，图7所述为罩壳内侧的结构示意图。该一体化电机包括驱动控制设备1和步进电机本体2。驱动控制设备1与步进电机本体2连接构成一体化电机。应当理解的是，二者之间的具体物理连接结构可以灵活设定，例如可以通过但不限于螺钉连接、卡扣连接接或者二者结合等方式实现连接。

在本实施例中，驱动控制设备1包括罩壳13，罩壳13的罩壳端面与步进电机本体后端端面20相对，罩壳13的罩壳侧面与步进电机本体2的转轴平行。驱动控制设备2包括设置于罩壳13内的电路板12，电路板12上设置有驱动控制电路(图中未示出)和与驱动控制电路相连接的I\/O接线单元，I\/O接线单元设置有至少两个I\/O接线端子，I\/O接线端子121的接线方向与罩壳侧面形成一定角度并从罩壳侧面显露于罩壳外部，以便于与I\/O接线端子相匹配连接的I\/O接线插头插入。这样与I\/O接线端子相匹配连接的I\/O接线插头可从罩壳侧面方向插入，节省了电机本体轴向的安装空间，使得一体化电机能更好的适应有限的安装空间。应当理解的是，本实施例中的一定角度可以灵活设置，例如该I\/O接线端子的接线方向与罩壳侧面形成的角度可为大于等于0°，小于等于90°，例如可灵活的设置为10°、20°、30°、50°、60°、80°、90°等。在一种示例中，该I\/O接线端子的接线方向与罩壳侧面形成的角度为90°或接近或略大于90°。

在本实施例的一种示例中，罩壳的侧面可设置有封闭的第一端子容纳通槽，I\/O接线端子位于第一端子容纳通槽内，I\/O接线端子的接线方向通过该第一端子容纳通槽从罩壳的侧面露出；可选的，I\/O接线端子靠近电机本体的一侧(也即底部)可抵靠在第一端子容纳通槽的底部，也可不与第一端子容纳通槽的底部接触而处于悬空状态。在本示例中驱动控制设备可不包括支架。

在本实施例的另一种示例中，驱动控制设备还可包括设置于电路板与步进电机本体后端端面之间的支架，罩壳的侧面设置有与支架相通的第二端子容纳通槽，I\/O接线端子位于第二端子容纳通槽内，I\/O接线端子靠近电机本体的一侧(也即底部)可抵靠在支架上，I\/O接线端子的接线方向通过第二端子容纳通槽从罩壳的侧面露出。当然，在一些应用场景中，也可设置I\/O接线端子的底部不与支架接触而处于悬空状态。

在本实施例的一种示例中，可设置这至少两个接线端子与I\/O接线插头连接的一端从同一个罩壳侧面露出，以便于I\/O接线。

在本实施例中，I\/O接线端子可包括但不限于供电源输入的电源端子和接地端子，通过供电源输入的电源端子与供电电源连接实现为驱动控制设备供电。

可选的，本实施例中的I\/O接线端子还可包括但不限于以下端子口中的至少一种：

供输入控制信号的控制端子、供输入设置信号的设置端子。

例如，在一种应用场景中，考虑到供电源输入的电源端子、接地端子以及供输入控制信号的控制端子、供输入设置信号的设置端子都是比较常用的几类类端子，驱动器设备1可以包括这几类端子。因此，本实施例中I\/O接线端子除了电源端子和接地端子外，还根据需求设置包括但不限于以下几种功能中的至少一种：

脉冲输入、使能输入、方向输入、报警输出。

相应的，为了实现上述功能，本实施例中电路板上设置有至少两个I\/O接线端子，且可设置这至少两个接线端子与I\/O接线插头连接的一端从同一个罩壳侧面露出，以便于I\/O接线。例如，一种示例中，电路板上设置有两个I\/O接线端子，分别实现电源输入、接地，对于脉冲输入和方向输入等可选的可通过电路板上设置的通信总线端子实现。另一种示例中，电路板上设置有四个I\/O接线端子，分别实现电源输入、接地、脉冲输入、方向输入；又例如在另一示例中，电路板上设置有六个I\/O接线端子，这六个I\/O接线端子可实现电源输入、接地、脉冲输入、使能输入、方向输入、报警输出中的任意几种功能。又例如，一种示例中，电路板上设置有八个I\/O接线端子，这八个I\/O接线端子可实现电源输入、接地、脉冲输入、使能输入、方向输入、报警输出中的任意几种功能。或电路板上设置有10个I\/O接线端子，这10个I\/O接线端子可实现电源输入、接地、脉冲输入、使能输入、方向输入、报警输出中的任意几种功能。另外，在本实施例中，I\/O接线端子可以采用单排布局，也可根据需求采用双排布局。

在本实施例中，为了满足用户的灵活安装要求，以及提升接线的可靠性和接线效率，本实施例中I\/O接线插头可采用螺钉压线式插头，也即I\/O接线插头上的接线采用拧螺丝的方式进行压线，接线简单可靠。

在本实施例的一些应用场景中，I\/O接线插头也可采用但不限于冷压式接线插头、弹簧按压式接线插头、插针式接线插头中的任意一种，提供多种接线方式的插头可以供不同的用户灵活选择，提升兼容性。

为了便于理解，下面仍以图1-图7所示的一体化电机为示例进行说明。在本示例中，在驱动控制设备2的电路板12上设置有10个I\/O接线端子(即10位I\/O接线端子)121，其中各I\/O接线端子之间的间距为3.5mm，当然该间距规则可以灵活选择。在本示例中，10个I\/O接线端子121与I\/O接线插头连接的一端从同一个罩壳侧面露出，以便于I\/O接线。

另外，在本实施例中，为了进一步充分的利用安装空间，更利于安装时的接线和可靠性，在本实施例中还可针对电路板上设置的至少一个需要外露的目标元器件，在罩壳断面设置至少一个通槽，以供目标元器件裸露于罩壳外部，以供操作或接线等。这样可以同时利用到一体化电机轴向的安装空间和侧面的安装空间，使得安装空间被充分的利用，同时提升电路板上元器件设置的灵活性。

例如，在本实施例的一种示例中，目标元器件可包括但不限于通信总线端子和拨码开关中的至少一个。本实施例中的通信总线端子可以灵活选择，例如可包括但不限于RS485通信端子、RS232通信端子、CAN通信端子、Ethercat通信端子中的至少一个。本实施例中的拨码开关的类型和其实现的功能也可灵活设置，例如可为旋转拨码开关、平拨拨码开关等。

例如，在一种应用场景中，目标元器件包括通信总线端子和拨码开关，通信总线端子和拨码开关分别设置于电路板上的相对两侧或相邻两侧，通槽包括位于罩壳端面上的相对两侧或是相邻两侧、且分别与通信总线端子和拨码开关相对应的第一通槽和第二通槽；通信总线端子与通信总线插头连接的一端通过所述第一通槽裸露在外，拨码开关通过第二通槽裸露在外。下面仍以图1-图7所示的一体化电机为示例进行说明。在本示例中，在驱动控制设备2的电路板12上设置有作为通信总线端子的RS485通信端子122和拨码开关123，在罩壳13的端面上设置于第一通槽136和第二通槽135，RS485通信端子122与通信总线插头连接的一端通过第一通槽136裸露在外，拨码开关123通过第二通槽裸露在罩壳外，以供拨码操作。在本示例中RS485通信端子122具有两个，一个作为输入，一个作为输出，且可选的RS485通信端子122为3pin插针端子。本示例中拨码开关123为4pin以上(例如包括但不限于4pin、6pin或8pin)的平拨开关，通过4pin以上的平拨开关可实现状态设置等功能。应当理解的是，本示例中RS485通信端子和拨码开关123的具体结构和功能可灵活设置，并不限于图中所示的具体结构。拨码开关123和RS485通信端子分别设置于罩壳端面相对的两侧，可为用户使用和配置驱动器提供便利，并有助于减小轴向的安装空间要求。

在本实施例中，为了进一步减小轴向的安装空间要求和便于安装和接线，可设置第一通槽和第二通槽中的至少一个与其相邻的罩壳侧面相通，使其相对罩壳侧面形成凹槽结构，参见图1-图7中第一通槽136和第二通槽135与其相邻的罩壳侧面相通形成凹槽。当然，在本实施例中，第一通槽和第二通槽中也可不与其相邻的罩壳侧面相通，只需在罩壳端面形成对应的开口即可。

在本实施例中的一些示例中，至少部分I\/O接线端子也可从罩壳的罩壳端面露出，以满足各种安装场景的灵活需求。例如在一些应用场景中，罩壳的罩壳端面可设置供I\/O接线端子裸出的通孔或通槽，电路板上设置的各I\/O接线端子从该罩壳端面的通孔或通槽裸出，以便于与I\/O接线端子相匹配连接的I\/O接线插头插入。

实施例二：

如上所示，本实施例中驱动控制设备与步进电机本体之间的具体连接方式可以采用但不限于螺钉或卡扣等结构。为了便于理解，本实施例下面以螺钉连接结构进行示例说明。

在本实施例中，驱动控制设备至少包括罩壳，电路板；电路板、罩壳从下至上依次固定于步进电机本体后端上。步进电机本体后端端面上设置有用于与驱动控制设备连接的连接螺钉孔，罩壳、电路板上分别设置有位置与连接螺钉孔对应的螺钉通孔，连接螺钉依次穿过罩壳、电路板上的螺钉通孔并旋入步进电机本体后端端面上对应的连接螺钉孔内，从而将罩壳、电路板与步进电机本体连接为一个整体；

在本实施例中，步进电机本体后端端面上的连接螺钉孔为两个或三个，且至少两个连接螺钉孔成对角线设置；这种连接方式既节省了一体化电机的电路板空间，又使得一体化电机结构紧凑、安装简单、便于拆卸。

例如，在本实施例的一种示例中，步进电机本体后端端面上设置的连接螺钉孔中，包括至少一个贯穿该步进电机本体的前端和后端的第一螺钉孔，连接螺钉包括旋入该第一螺钉孔的第一螺钉(在本实施例中可称之为长螺钉)，第一螺钉贯穿该步进电机本体的前端和后端。例如在一种应用场景下步进电机本体后端端面上设置两个(当然也可为三个)第一螺钉孔，且两个第一螺钉孔在步进电机本体后端端面上成对角线设置，例如两个第二螺钉孔设置在步进电机本体后端中心轴的相对侧，从而保证驱动控制设备在步进电机本体上稳定的固定。且这两个第一螺钉孔中的至少一个可以直接复用步进电机本体上原本设置的用于步进电机本体自身连接的螺钉孔，甚至可以全部复用，从而进一步节约成本和螺钉所占用的空间。

又例如，在本实施例的另一示例中，步进电机本体后端端面上设置的连接螺钉孔中，包括至少一个未贯穿该步进电机本体的前端和后端的第二螺钉孔，连接螺钉包括旋入该第二螺钉孔的第二螺钉。例如在一种应用场景下步进电机本体后端端面上设置两个(当然也可为三个)第二螺钉孔(本实施例中可称之为短螺钉)，且两个第二螺钉孔在步进电机本体后端端面上成对角线设置，例如两个第二螺钉孔设置在步进电机本体后端中心轴的相对侧，从而保证驱动控制设备在步进电机本体上稳定的固定。

又例如，在本实施例的另一示例中，步进电机本体后端端面上设置的连接螺钉孔中，包括至少一个未贯穿该步进电机本体的前端和后端的第二螺钉孔，还包括至少一个贯穿该步进电机本体的前端和后端的第一螺钉孔，也即采用第一螺钉和第二螺钉结合的方式实现驱动控制设备与步进电机本体的连接。

例如，一种示例中，步进电机本体后端端面上设置有一个第一螺钉孔和两个第二螺钉孔，第一螺钉孔和至少一个第二螺钉设置在步进电机本体后端中心轴的相对侧。另一示例中，步进电机本体后端端面上设置有两个第一螺钉孔和一个第二螺钉孔，至少一个第一螺钉孔和第二螺钉设置在步进电机本体后端中心轴的相对侧。

应当理解的是，本实施例中上述各连接螺钉孔在电机本体后端端面上设置的位置可以灵活确定。例如，一种示例中，连接螺钉孔位于步进电机本体后端端面上靠近两侧面相交的区域，也即设置于电机本体后端端面上靠近两侧面相交的角落区域，从而利于电路板中间区域得到充分的利用，便于布线和元器件的设置。

在本实施例的一种示例中，步进电机本体后端端面上还可设置有至少一个用于实现自身连接的第三螺钉孔，第三螺钉孔贯穿该步进电机本体的前端和后端，以供第三螺钉直接从步进电机本体后端端面上旋入并贯穿该步进电机本体的前端。例如，一种示例中，步进电机本体后端端面上可设置有两个第三螺钉孔。

可选的，本实施例中的驱动控制设备还包括设置于电路板与步进电机本体后端端面之间的支架，且该支架上可设置有与连接螺钉孔对应的螺钉通孔，连接螺钉依次穿过罩壳、电路板和支架上的螺钉通孔并旋入步进电机本体后端端面上对应的连接螺钉孔内，将罩壳、电路板和支架与所述步进电机本体连接为一个整体。

为了便于理解，下面结合附图对本实施例进行进一步示例性说明。参见图1至图9所示，步进电机本体后端端面20上设置有用于与驱动控制设备连接的连接螺钉孔，相应的，罩壳13、电路板12和支架11上分别设置有位置与步进电机本体后端端面上连接螺钉孔对应的螺钉通孔，连接螺钉依次穿过罩壳13、电路板12及支架11上的螺钉通孔并旋入步进电机本体后端端面上对应的连接螺钉孔内，从而将罩壳13、电路板12及支架11与步进电机本体2连接为一个整体。

在本示例中，在步进电机本体后端端面上设置的这两个螺钉孔中，其中第一螺钉孔242贯穿该步进电机本体的前端和后端，而旋入该第一螺钉孔242的第一螺钉贯穿该步进电机本体的前端和后端，下文将此类螺钉称为长螺钉131；当然在一些示例中长螺钉131也可不贯穿该步进电机本体的前端；第二螺钉孔241未贯穿该步进电机本体的前端和后端，旋入该第二螺钉孔241的螺钉未贯穿该步进电机本体的前端和后端，下文将此类螺钉称为短螺钉132。

本实施例中，长螺钉131依次穿过罩壳13、电路板12及支架11上的螺钉通孔，旋入步进电机本体2后端端面上对应的第一螺钉孔242内，并贯穿该步进电机本体2的前端和后端，短螺钉132依次穿过罩壳13、电路板12及支架11上的螺钉通孔，旋入步进电机本体2后端端面上对应的第二螺钉孔241内，未贯穿该步进电机本体2的前端和后端，通过这样的螺钉连接方式将罩壳13、电路板12及支架11与步进电机本体2连接为一个整体，这时，电路板12上的磁编码器125通过第一通孔110与第二通孔22内的磁片24形成磁配合。

本实施例中采用一长一短两根螺钉将步进电机本体2和驱动控制设备1进行固定连接，对应的，在电路板上只需要设置有两个螺丝通孔，这样连接方式，既节省了一体化电机的电路板空间，又使得一体化电机结构紧凑、安装简单、便于拆卸。

当然，应当理解的是，本实施例中并不限于采用一颗长螺钉和一个短螺钉配合实现驱动控制设备与步进电机本体的连接。例如，在本实施例的一种示例中，可使用两根长螺钉，在步进电机本体后端端面20上对应设置两个贯穿步进电机本体前端和后端的第一螺钉孔242，且这两个第一螺钉孔242是呈对角线设置，此时可直接复用步进电机本体上原本就设置的螺钉孔，也可新开始螺钉孔，具体可了灵活设置；两可长螺钉依次穿过罩壳、电路板和支架上的螺钉通孔并旋入第一螺钉孔242内实现驱动控制设备与步进电机本体的连接。

又例如，在本实施例的另一种示例中，采用两根长螺钉和一根短螺钉将步进电机本体2和驱动控制设备1进行固定连接。步进电机本体2后端端面上设置的螺丝孔包括2个贯穿该步进电机本体2的前端和后端的连接螺钉孔和1个未贯穿该步进电机本体2的前端和后端的连接螺钉孔。这种方式只需要在电路板上设置三个螺丝通孔，与现有技术相比，实现了节省一体化电机电路板空间的效果。

又例如，在本实施例的另一种示例中，采用三根长螺钉将步进电机本体2和驱动控制设备1进行固定连接。步进电机本体2后端端面上设置的连接螺丝孔为3个贯穿该步进电机本体2的前端和后端的螺钉孔。这种方式只需要在电路板上设置三个螺丝通孔，与现有技术相比，实现了节省一体化电机电路板空间的效果。

当然，在一些示例中，也可直接采用两颗或三颗短螺钉将步进电机本体2和驱动控制设备1进行固定连接，或者采用两颗短螺钉与一颗长螺钉配合将步进电机本体2和驱动控制设备1进行固定连接，在此不再赘述。

当然，在本实施的一些示例中，还可在步进电机本体2上设置卡槽并在支架11或者罩壳13上设置相应的卡扣，通过该卡扣和卡槽配合实现驱动控制设备1与步进电机本体2的连接；或者在在步进电机本体2上设置卡扣并在支架11或者罩壳13上设置相应的卡槽，通过该卡扣和卡槽配合实现驱动控制设备1与步进电机本体2的连接。

实施例三：

在本实施例中，一体化电机的驱动控制设备中可集成设置编码器，且该编码器可为磁编码器或光电编码器等。为了便于理解，本实施例中以磁编码器进行示例说明。

在驱动控制设备中，设置的磁编码器需要与步进电机本体上设置的磁片形成磁配合以便于磁编码器进行信息采集。因此驱动控制设备与步进电机本体连接形成一体化电机时，对于驱动控制设备上的磁编码器与步进电机本体上的磁片的准确定位就显得尤为重要，如果二者连接后磁编码器与步进电机本体上的磁片不能形成有效的磁配合，就会影响磁编码器信息的采集，从而影响对步进电机本体的准确、有效的控制。

针对上述问题，本实施例提供了一种保证驱动控制设备上的磁编码器与步进电机本体上的磁片的准确定位的一体化电机结构。驱动控制设备包括罩壳，电路板、支架，其中支架、电路板、罩壳从下至上依次固定于步进电机本体后端上，其中，支架与步进电机本体后端端面接触，电路板卡嵌在罩壳内；电路板与支架相对的一面为电路板背面，电路板背面上还设置有磁编码器，支架上与磁编码器相对应的区域设置有供该磁编码器采集信息的第一通孔。步进电机本体后端端面上设置有与同心定位凸台位置相对的第二通孔，第二通孔内设置有电机后轴以及固定于该电机后轴上的磁片，一体化电机还包括设置于支架与步进电机本体后端之间、与第一通孔和第二通孔同心且内空的同心定位凸台；将支架固定在步进电机本体后端时，第一通孔与第二通孔通过同心定位凸台实现对准连接，与第一通孔相位置相对应的磁编码器与第二通孔内电机后轴上的磁片形成磁配合。

在本实施例中，同心定位凸台可以固定设置在支架上，也可固定设置在步进电机本体后端端面上。为了便于理解，下面分别以四种设置示例进行说明。

示例一：支架靠近步进电机本体的一面为支架背面，同心定位凸台在支架背面上围绕第一通孔设置；第二通孔靠近支架背面的开口内径与同心定位凸台的外径相适配；将支架固定在步进电机本体后端时，同心定位凸台嵌入第二通孔，实现第一通孔与第二通孔通的对准连接；由于同心定位凸台与供磁编码器穿入采集信息的第一通孔同心设置，且其易于加工，加工精度高。同时步进电机本体后端端面上设置的第二通孔的也易于加工且加工精度也能得到较好的保证，因此通过同心定位凸台与第二通孔对位配合可保证穿入第一通孔内的磁编码器与第二通孔内的磁片准确对位形成有效的磁配合，从而保证磁编码器信息的准确采集。可选的，在本示例中，还可在第二通孔内侧的环侧面设置有环形台阶，使得同心定位凸台嵌入第二通孔时作为保护台阶面，避免过深的插入第二通孔内造成破坏，进一步提升转配的可靠性。

示例二：

同心定位凸台在支架背面上围绕第一通孔设置；步进电机本体后端端面上围绕第二通孔设置有直径与同心定位凸台的直径相适配的第二同心定位凹槽；将支架固定在步进电机本体后端时，同心定位凸台嵌入第二同心定位凹槽，实现第一通孔与第二通孔通的对准连接，以保证穿入第一通孔内的磁编码器与第二通孔内的磁片准确对位形成有效的磁配合。

示例三：同心定位凸台在步进电机本体后端端面上围绕第二通孔设置；第一通孔靠近步进电机本体后端端面的开口内径与同心定位凸台的外径相适配；将支架固定在步进电机本体后端时，同心定位凸台嵌入第一通孔，实现第一通孔与第二通孔通的对准连接。可选的，在本示例中，也可在第一通孔内侧的环侧面设置有环形台阶，使得同心定位凸台嵌入第一通孔时作为保护台阶面。

示例四：

同心定位凸台在步进电机本体后端端面上围绕第二通孔设置；支架背面上围绕第一通孔设置有直径与同心定位凸台的直径相适配的第一同心定位凹槽；将支架固定在步进电机本体后端时，同心定位凸台嵌入第一同心定位凹槽时，实现第一通孔与第二通孔通的对准连接。

当然，在本实施例中，同心定位凸台还可既不固定在设置在支架上，也不固定设置在步进电机本体后端端面上，其可作为一灵活的定位件，其两端的外径分别与第一通孔和第二通孔的内径相适配，装配时其两端分别嵌入第一通孔和第二通孔内实现第一通孔与第二通孔通的对准连接。可选的，在本示例中，也可分别在第一通孔和第二通孔内侧的环侧面设置有环形台阶，使得同心定位凸台嵌入第一通孔和第二通孔时作为保护台阶面。

在本实施例中，电机后轴上磁片随着电机后轴的转动而转动，磁片在电机后轴上的固定方式可以灵活设置。为了便于理解，下面结合一种固定示例进行说明。在本示例中，电机后轴上设置有固定套，固定套的一端套接在电机后轴靠近支架的一端上，使得固定套随着电机后轴的转动而转动，固定套的另一端的内径与磁片外径相匹配，磁片卡合在固定套内，从而使得磁片与固定套一起随着电机后轴的转动而转动。

在本实施例的另一示例中，电机后轴靠近支架的一端上设有内径与磁片外径相匹配的固定孔，磁片卡合在固定孔内，从而使得磁片与固定套一起随着电机后轴的转动而转动。

为了便于理解，本实施例下面仍以图1-图7所示的一体化电机结构进行示例说明。

请参见图3-图5所示，在驱动控制设备的电路板12的背面上设置有磁编码器125，支架11上设置有与磁编码器125位置相对的第一通孔110，在支架背面上围绕第一通孔110设置有同心定位凸台115，在步进电机本体2的后端设置有第二通孔22，步进电机本体2的电机后轴21设置于第二通孔22内，在第二通孔22内侧的环侧面设置有环形台阶221。步进电机本体还包括固定套23，固定套23的材质可灵活设定，例如可采用铜固定套等，固定套23的一端套接在电机后轴21上，另一端的内径与磁片24外径相匹配，磁片24为圆形磁片，卡合在固定套23内。当然，磁片24并不限于圆形磁片，其具体形状可以灵活改变，只要其能随着电机后轴21转动与磁编码器125形成有效的磁配合，以供磁编码器进行准确的信息采集即可。在安装时，同心定位凸台115嵌入第二通孔22，环形台阶221起到保护作用，与第一通孔110相位置相对应的磁编码器125与电机后轴21上的磁片24形成磁配合。

在本实施例中，为了进一步实现精确的定位，保证装配精度。可选的，可在步进电机本体后端端面上设置有至少一个第一辅助定位孔，且该第一辅助定位孔可以设置在第二通孔22周围的任意位置，支架背面上还设置有位置与第一辅助定位孔相对应的第一辅助定位柱，将支架固定在步进电机本体后端时，第一辅助定位柱嵌入第一辅助定位孔。这样在通过同心定位凸台与第二通孔对位配合保证穿入第一通孔内的磁编码器与第二通孔内的磁片准确对位形成有效的磁配合的同时，还可通过第一辅助定位孔与第一辅助定位柱的配合进一步提升二者之间的装配精度，避免在转配过程中因为支架与步进电机本体之间发生相对旋转而导致装配不够精确。

例如，在一种示例中，步进电机本体后端端面上设置的第一辅助定位孔可为一个。在另一种示例中，步进电机本体后端端面上设置的第一辅助定位孔可包括至少两个，且至少两个第一辅助定位孔分别位于第二通孔的两侧；第一辅助定位柱的个数与第一辅助定位孔的个数相等，第一辅助定位柱与第一位孔的个数和位置一一配合。

可选的，在本实施例中，设置支架远离步进电机本体的一面为支架正面，支架正面上设置有第二辅助定位柱，电路板上设置有位置与第二辅助定位柱相对应的第二辅助定位孔，在安装时，第二辅助定位柱嵌入第二辅助定位孔用于固定电路板。第二辅助定位柱与第二辅助定位孔的配合既实现了电路板的固定，同时还可实现电路板的定位，使得电路板上的磁编码器与第一通孔准确配合。为了提升定位精度，可设置第一辅助定位柱与第二辅助定位柱的位置相对应。

为了便于理解，本实施例下面仍以图1-图7所示的一体化电机结构进行示例说明。在步进电机本体后端端面20上设置有两个第一辅助定位孔25，这两个第一辅助定位孔25在步进电机本体后端端面20上呈对角线设置。在支架11的支架背上与两个第一辅助定位孔25位置相对的位置设置有两个第一辅助定位柱111，在支架11的支架背面上设置有两个与第一辅助定位孔25位置相对的第二辅助定位柱112，第一辅助定位柱111与第二辅助定位柱112同轴设置，在电路板12上设置有位置与第二辅助定位柱112相对的第二辅助定位孔127。在安装时，第二辅助定位柱112穿过电路板12上的第二辅助定位孔127，同心定位凸台115嵌入第二通孔22，与第一通孔110相位置相对应的磁编码器125与电机后轴21上的磁片24形成磁配合。第一辅助定位柱111嵌入步进电机本体后端端面20上对应的第一辅助定位柱111内，与同心定位凸台115一起对支架11和电路板12进行精确的定位。从而保证电路板12上的磁编码器125与步进电机本体2上的磁片24形成精准的对位配合，进而保证磁编码器125信息的准确采集。

实施例四：

本实施例在上述实施例基础上，为了保证驱动控制设备与步进电机本体连接形成一体化电机时，保证驱动控制设备上的磁编码器与步进电机本体上的磁片精确对位形成有效的磁配合。本实施例提供了另一种保证驱动控制设备上的磁编码器与步进电机本体上的磁片的准确定位的一体化电机结构。

在本实施例中，电路板与步进电机本体后端端面相对的一面为电路板背面，电路板背面上设置有与驱动控制电路连接的磁编码器；

步进电机本体后端端面上设置有第二通孔，第二通孔内设置有电机后轴以及固定于该电机后轴上的磁片；步进电机本体后端端面上还设置有定位柱；

电路板上设置有与定位柱位置相对，且其内径与定位柱外径相匹配的第二定位通孔，安装时，定位柱穿过电路板上的第二定位通孔，电路板上的磁编码器与第二通孔内的磁片形成磁配合；从而保证磁编码器信息的准确采集。

在本实施例的一种示例中，可直接在至少一个定位柱上设置有第一电路板承载凸起，该定位柱穿过电路板上的第二定位通孔后，电路板抵靠在第一电路板承载凸起上，也即该第一电路板承载凸对该电路板形成限位和支撑，从而将电路板稳定的固定在步进电机本体后端与罩壳之间。

在本实施例的另一示例中，步进电机本体后端端面上设置有至少一个第二电路板承载凸起，定位柱穿过电路板上的第二定位通孔后，电路板抵靠在第二电路板承载凸起上，也即该第一电路板承载凸对该电路板形成限位和支撑，从而将电路板稳定的固定在步进电机本体后端与罩壳之间。

应当理解的是，在一些应用场景中，可同时在至少一个定位柱上设置第一电路板承载凸起，并在步进电机本体后端端面上设置至少一个第二电路板承载凸起，通过第一电路板承载凸起和第二电路板承载凸起同时实现对电路板的限位和支撑。

可选的，为了提升对电路板支撑的可靠性和稳定性，可以在每一个定位柱上设置有第一电路板承载凸起，且该第一电路板承载凸起与定位柱可以采用相同材质，且可一体成型。也可采用不同的材质。

可选的，在一些示例中，可采用在步进电机本体后端端面上设置有至少一个第二电路板承载凸起的方式对电路板进行限位和支撑，第二电路板承载凸起可位于步进电机本体后端端面上的中间区域围绕第二通孔设置；当然第二电路板承载凸起也可在电机本体后端端面上围绕边缘设置，且其个数可以灵活设置。例如在位于步进电机本体后端端面上的中间区域围绕第二通孔设置时，可设置一个直径较大足以稳定对电路板形成支撑的第二电路板承载凸起。且本实施例中的第二电路板承载凸起可与步进电机本体后端一体成型，也可分离设置，其可采用金属材质，也可采用其他强度足以满足其支撑强度要求的其他材质。

在本实施例的另一示例中，驱动控制设备还可包括设置于电路板与步进电机本体后端端面之间的支架。支架上与磁编码器相对应的区域设置有供该磁编码器采集信息的第一通孔；步进电机本体后端端面上设置有位置与第一通孔相对应的第二通孔，第二通孔内设置有电机后轴以及固定于该电机后轴上的磁片(具体固定方式可采用但不限于上述实施例所示例的方式)；支架上设置有与定位柱位置相对的第一定位通孔，第一定位通孔的内径可与定位柱的外径相匹配，也可略大于定位柱的外径；电路板上设置有与定位柱位置相对，且其内径与定位柱外径相匹配的第二定位通孔，安装时，定位柱依次穿过支架上的第一定位通孔和电路板上的第二定位通孔，电路板上的磁编码器通过第一通孔与第二通孔内的磁片形成磁配合，从而保证磁编码器信息的准确采集。

可选的，为了进一步实现精确的定位，保证装配精度。在本实施例中，还可在步进电机本体后端端面上设置有至少一个第一辅助定位孔，且该第一辅助定位孔可以设置在第二通孔22周围的任意位置，支架背面上还设置有位置与第一辅助定位孔相对应的第一辅助定位柱，将支架固定在步进电机本体后端时，第一辅助定位柱嵌入第一辅助定位孔。这样在通过同心定位凸台与第二通孔对位配合保证穿入第一通孔内的磁编码器与第二通孔内的磁片准确对位形成有效的磁配合的同时，还可通过第一辅助定位孔与第一辅助定位柱的配合进一步提升二者之间的装配精度，避免在转配过程中因为支架与步进电机本体之间发生相对旋转而导致装配不够精确。

应当理解的是，本实施例中步进电机本体后端端面上定位柱的形成方式可以灵活选择。例如定位柱可与步进电机本体一体成型。在本实施例的另一示例中，定位柱可采用销钉，在步进电机本体后端端面上设置有供销钉嵌入以实现销钉固定的销孔，安装时，销钉穿过电路板上的第二定位通孔，或销钉依次穿过支架上的第一定位通孔和电路板上的第二定位通孔，电路板上的磁编码器与第二通孔内的磁片形成磁配合；从而保证磁编码器信息的准确采集。

在本实施例的上述各示例中，步进电机本体后端端面上设置的定位柱个数可以灵活设定，且各定位柱在步进电机本体后端端面上的位置也可灵活设置，例如可在步进电机本体后端端面上第二通孔周围的任意位置灵活设置。为了便于理解，下面定位柱通过销钉的方式实现，结合一种设置示例进行说明。在本示例中，步进电机本体后端端面上设置有两个销孔，且至少两个销孔分别位于第二通孔的相对两侧。销钉与销孔的个数和位置一一对应。且本实施例中，销钉和销孔的个数可以灵活设置，且销钉的材质和形状也可以灵活设定。

例如，在本实施例的一种示例中，步进电机本体后端端面上设置有三个销孔，三个销孔的圆心不在一条直线上。

又例如，在本实施例的一种示例中，步进电机本体后端端面上设置有两个销孔，两个销孔呈对角线设置。

又例如，在本实施例的一种示例中，步进电机本体后端端面上设置有四个销孔，四个销孔的连线围合称一个矩形。

为了便于理解，本实施例下面以图8-图9所示的一体化电机结构进行示例说明。

请参见图8-图9所示，在驱动控制设备的电路板12的背面上设置有磁编码器125，支架11上设置有与磁编码器125位置相对的第一通孔110，在支架11上设置有与销钉个数和位置相对应的第一定位通孔116，在电路板12上设置有与销钉个数和位置相对应的第二定位通孔128，在步进电机本体2的后端设置有第二通孔22，步进电机本体2的电机后轴21设置于第二通孔22内。步进电机本体还包括固定套23，固定套23的材质可灵活设定，例如可采用铜固定套等，固定套23的一端套接在电机后轴21上，另一端的内径与磁片24外径相匹配，磁片24为圆形磁片，卡合在固定套23内。当然，磁片24并不限于圆形磁片，其具体形状可以灵活改变，只要其能随着电机后轴21转动与磁编码器125形成有效的磁配合，以供磁编码器进行准确的信息采集即可，在步进电机本体后端端面20上设置有销孔(图中未示出)以及设置于销孔内的销钉26。在安装时，步进电机本体后端端面20上的销钉26依次穿过支架11上对应的第一定位通孔116和电路板12上对应的第二定位通孔128，与第一通孔110相位置相对应的磁编码器125与电机后轴21上的磁片24形成准确的磁配合，进而保证磁编码器125信息的准确采集。

当然，应当理解的是，本实施例中的定位柱与定位通孔联合定位的结构可灵活的与实施例三中的同心定位凸台结合实现对支架和电路板的准确定位，进而尽可能减小磁编码器的安装偏差，提升磁编码器信息采集的尊准确性，进而保证根据磁编码器所采集到的信息实现对步进电机本体的准确控制。

实施例五：

在本实施例的一种示例中，在支架上还设置有绕线通孔，该绕线通孔供步进电机本体的绕线通过与电路板相连接，和\/或支架上靠近至少一个侧面的区域设置有供步进电机本体的绕线通过与电路板相连接的缺口。这样连接步进电机本体与电路板的绕线的长度相对现有驱动器与电机本体分离设置的方案相比大大缩短，因此可以降低成本，提升抗干扰性能。且本实施例中绕线通孔的形状和具体设置的位置可以灵活设定。

例如，请参见图4所示的一体化电机结构，在支架11上设置有绕线通孔117步进电机本体2上的绕线(图中未示出)可通过该绕线通孔117穿过进而与电路板12上相应的连接点进行连接。

在本实施例中，支架远离步进电机本体的一面为支架正面，支架正面上还设置有支撑凸台，安装时电路板背面抵靠在支撑凸台上与支架正面之间形成元器件容纳空间，电路板背面上的元器件位于该元器件容纳空间内。且在本实施例中，支架上设置的第二辅助定位柱的顶端高于支撑凸台的支撑面(也即与电路板接触的那一面)。本实施例中支架正面上设置的支撑凸台的个数以及具体设置为可以灵活设置。例如可以在支架正面上设置至少两个支撑凸台，且至少两个支撑凸台位于支架正面上相对的两侧，以形成对电路板的有效支撑；或者同时在支架正面上相对两侧以及在支架正面上的中间区域设置支撑凸台；或者仅在支架正面上的中间区域内设置至少一个环形支撑凸台以形成与电路板的支撑。例如一种示例中可在支架正面上的中间区域内设置一个内径较大使得足以平稳支撑电路板的环形支撑凸台或多边形支撑凸台(例如可包括但不限于横截面为三角形、四边形、六边形的多边形支撑凸台等)，当然也可设置两个以上的内径相对较小的且位置分布足以平稳支撑电路板的环形支撑凸台或多边形支撑凸台。

例如，请参见图3-图9所示的一体化电机结构，在支架11上设置有支撑凸台113，安装时电路板12的背面抵靠在支撑凸台113上与支架11之间的缝隙形成元器件容纳空间，电路板12背面上设置的元器件位于该元器件容纳空间内。可选的，为了尽可能减小驱动控制设备的尺寸，针对电路板12背面上设置的尺寸较大的元器件，当该元器件的尺寸大于元器件容纳空间时，还可在支架上与该元器件相对的位置设置放置通孔，以用于容纳该电子元器件。例如参见图3-图8所示，在支架11上设置有放置通孔114，该放置通孔114共电路板12背面上对应的电子元器件穿过，从而减小电路板12与支架11装配后的轴向尺寸，提升驱动控制设备的集成度。

在本实施例中，在罩壳的内侧也可设置罩壳高度定位凸台，安装时电路板正面抵靠在罩壳高度定位凸台上与罩壳端面的内侧面之间形成元器件容纳空间，电路板正面上的元器件位于该元器件容纳空间内。这样罩壳高度定位凸台和支架上的支撑凸台可将电路板加紧固定。本实施例中罩壳高度定位凸台的具体个数和设置为可以灵活设定，例如一种示例中罩壳高度定位凸台的个数和位置可与支架上的支撑凸台一一对应。且在本实施例中，针对电路板正面上尺寸较大的元器件，可以在罩壳端面内侧设置于其尺寸相匹配的内凹的容纳空间以容纳该元器件。例如，请参见图3-图8所示的一体化电机结构，在罩壳13内侧设置有罩壳高度定位凸台138，安装时电路板12的正面抵靠在罩壳高度定位凸台上与罩壳13之间的缝隙形成元器件容纳空间，电路板12正面上设置的元器件位于该元器件容纳空间内。在罩壳端面内侧上设置有通纳电容124内凹的容纳空间，以供电容124等尺寸较大的元器件放置，进一步提升驱动控制设备的集成度。

请参见图3-图9所示的一体化电机结构在本实施例中，还可在电路板12的正面设置指示灯133，在罩壳13的端面上还可设置指示灯窗口134，电路板12上的指示灯133发射出的光可通过该指示灯窗口134查看到，从而得知该指示灯133的工作情况。该指示灯可为用于指示各种报警信息或工作状态的指示灯。

在本实施例的一些示例中，罩壳上设置有用于安装显示单元的显示单元窗口，该显示单元与电路板上的驱动控制电路连接用于显示各种信息，包括但不限于各种状态和\/或报警信息，且本实施例中的显示单元可以是液晶显示单元或者OLED显示单元。应当理解的是，本实施例中罩壳上可以根据需求灵活的选择设置指示灯窗口和\/或显示单元窗口。

在本实施例中的一种示例中，支架11可采用但不限于绝缘材料支架，例如可为但不限于各种塑料支架或陶瓷支架等。

在本实施例中的一种示例中，支架11可采用但不限于为导热系数低于预设导热系数阈值的低导热材料支架，从而可以将电路板12与步进电机本体2之间的热量进行隔离，提升一体化电机耐热性和可靠性。

在本实施例中，支架11、电路板12和罩壳13之间的尺寸可以灵活设定。在一种示例中，支架11、电路板12、罩壳13从下至上依次固定于步进电机本体2后端上后，支架的至少一个侧面位于罩壳内，也即支架的至少一个侧面露出该罩壳外，该侧面上可以进行各种信息的设置，例如产品型号、性能、LOGO信息等的设置，也可用于其他标识信息的设置等。例如，参见图1至图2所示，该图所示的一体化电机的支架11只有一个侧面露出罩壳外，且可与该罩壳的侧面齐平或基本齐平。又例如请参见图10所示的一体化电机，该图所示的一体化电机的支架11有两个侧面露出罩壳外，且与罩壳的侧面齐或基本齐平，另外两个侧面位于罩壳内。当然在其他的示例中，一体化电机的支架可有三个侧面设置四个侧面(也即所有侧面)露出罩壳外，且可与罩壳的侧面齐平或基本齐平。这种设置即可保证一体化电机安装之后的一体性，又能灵活的进行各种信息的设置。

实施例六：

驱动控制设备在工作过程中会不断地进行能量转换，能量转换的过程中会有损耗，大部分的损耗会转换成热量散发出来。为了防止长时间在温度过高的环境下运行，影响步进电机的运行，减少步进电机的使用寿命，本实施例在上述各实施例所示的一体化电机结构基础上，还提供了一种能有效对驱动控制设备工作过程中产生的热量进行散热的散热结构。

请参见1-图9所示，罩壳13包括罩壳本体，电路板12设置在罩壳本体内，在罩壳本体内侧设置有与电路板12上发热元器件126区域对应的至少一个导热凸台137，导热凸台137向电路板12方向延伸。在一体化电机工作的过程中，驱动控制电路的发热元器件会产生热量导致温度升高，因此，本实施例中的导热凸台137设置的位置与电路板12上的发热元器件126所在的区域是相对应的，使得发热元器件126产生的热量能通过导热凸台137传导到罩壳本体，并进一步通过罩壳本体将热量散传到空气中，达到散热的效果。

可选地，本实施例中，导热凸台137与电路板12上的发热元器件126可以直接接触的，便于快速导热，在一些示例中，也可在发热元器件126与导热凸台137之间设置导热介质，导热介质可以导热性能好、具有弹性的导热介质材料，以保证导热效率的同时，同时提升装配的可靠性，避免导热凸台对发热元器件造成损伤。在本实施例中，一个导热凸台137可以对应多个发热元器件126，也可多个导热凸台137可以对应一个发热元器件126，或者一个导热凸台137可以对应一个发热元器件126。具体可以根据需求灵活设置。例如，一种示例中，导热凸台137设置的数量与电路板12上发热元器件126的数量可相等，这样使得每一个发热元器件126都对应一个导热凸台137，增大了驱动控制设备的导热面积，这样与发热元器件126接触的导热凸台137就可以通过自然换热将热量传导到空气，即传导散热，避免了发热元器件在持续工作中进行热量累积，对一体化电机的寿命造成影响。

需要说明的是，罩壳13的罩壳端面为与步进电机本体后端端面20相对的面，罩壳13的罩壳侧面为与电机后轴21相平行的面，导热凸台137为自罩壳本体端面内侧向电路板12方向延伸形成。当然，在一些示例中，至少一个导热凸台也可从罩壳的内侧面向电路板12方向延伸形成。

本实施例中，导热凸台137为金属材料，包括但不限于铝合金、铜、铁、银等导热性能好的金属材料；当然也可为其他导热性能好的材料，并不限于上述示例的金属材料。在一种示例中，导热凸台137的材料和罩壳本体的材料可以相同，当然也可采用不同的材料。罩壳本体与导热凸台可以采用一体成型工艺进行生产，这样加工出来的罩壳本体和导热凸台便是一个整体，安装方便，且可提升生产效率。

本实施例中采用具有散热功能的金属或其他材质的罩壳，有助于电路板散热和降低步进电机工作产生的热量，提高了产品的稳定性。

可选地，本实施例的一种示例中，在罩壳本体的外侧还可设置至少一组散热翅片，例如在罩壳端面设置一组散热翅片，使得驱动控制设备内部与空气形成对流，在导热凸台的基础上同时采用散热翅片散热，双重散热确保一体化电机的驱动控制设备的散热效果，进一步提高散热效果。

实施例七：

如上述分析所示，本实施例中的一体化电机可采用磁编码器进行信息的采集作为控制依据。相对传统的采用光电编码器作为位置信号反馈，由于光电编码器的敏感性，导致电机装配和使用时，必须保证编码器处于干燥、无尘的环境，而且光电码盘的材料一般是玻璃或者菲林片，对编码器环境温度适应范围比较窄。采用金属码盘的话受工艺限制，直径20mm以内的码盘线数通常都在500线以下，小尺寸码盘一般都是低线数或者价格奇高，低线数编码器无法使用在闭环步进驱动器，价格奇高的小尺寸光电编码器大大限制了42以下机座电机的闭环应用，在较大程度上限制了一体化电机的实现和应用。因此本实施例中针对一体化电机采用磁编码器作为位置信号反馈，且通过上述各实施例所示例的定位结构保证磁编码器的安装精度。但是由于制作工艺和装配工艺限制，很难保证磁编码器在安装过程中不会引入安装误差，正式因为如此，目前使用磁编码器的自控控制设备一般仅仅采用磁编码器进行一些简单的位置反馈而不参与实时控制，也导致采用磁编码器的控制设备一般都不会实现真正的闭环控制。

针对上述问题，本实施例中驱动控制设备的驱动控制电路用于在磁编码器校正阶段控制步进电机在开环状态下以预设速度运行，并在步进电机以预设速度平稳运行后，获取预设时间间隔内的速度增量，根据速度增量获取因磁编码器装配偏差导致的校正补偿参数进行存储。

在本实施例中，根据得到的速度增量获取因磁编码器装配偏差导致的校正补偿参数进行存储的方式可采用但不限于以下任意一种方式：

方式一：将速度增量通过傅里叶变换得到谐波分量，根据谐波分量中因磁编码器装配偏差导致的目标谐波分量(也即磁编码器装配误差引入的检测信号波动)获取校正补偿参数进行存储；

方式二：根据速度增量与预设的速度增量与校正补偿参数对应关系表，查找到该速度增量对应的校正补偿参数进行存储。

这样即可利用得到的校正补偿参数针对磁盘编码器在安装过程中导致的装配误差进行校正补偿。

应当理解的是，本实施例中驱动控制电路可以包括微处理器以及与该微处理器连接的控制电路，可选的还可包括存储单元。对于以上获取校正补偿参数的过程可以通过设置在存储单元中的软件实现，微处理器可以调用存储单元中的该软件实现上述校正补偿参数的获取过程。在一些实例中，也可通过控制电路中相应的电路单元或设置相应的芯片，与微处理器结合实现上述校正补偿参数的获取。

在本实施例中，获取的校正补偿参数包括目标谐波的谐波幅值和谐波相位值中的至少一种。这样微处理器在后续对步进电机本体进行控制时，可以基于获取到的谐波幅值和\/或谐波相位值进行补偿处理，尽可能避免磁编码器装配误差引入的信号波动，从而保证检测信号的精确度，进而保证基于磁编码器检测到的信息对步进电机主体进行精确的控制。且在本实施例中，可在一体化电机初次上电时触发上述过程进行一次自动校准计算得到校正补偿参数，在一体化电机在后续的使用过程中，如果磁编码器和步进电机本体相对位置没有发生变化则不需要进行二次校准，校正过程可靠且简单。由于通过上述校准之后磁编码器可以采集到精确的信息作为位置信号反馈，因此可以基于磁编码器采集到的信息对步进电机本体进行真正的闭环控制。使得一体化电机可采用磁编码器除了实现一些简单的位置反馈外还可参与实时控制，提升了磁编码器的应用范围。

在本实施例的一种示例中，在步进电机以预设速度平稳运行后，获取预设时间间隔内的速度增量，将速度增量通过傅里叶变换得到谐波分量后，提取谐波分量中因磁编码器装配偏差导致的目标谐波分量可包括二次谐波、四次谐波中的至少一种。且本实施例中的预设速度可以根据具体应用场景进行配置，以及本实施例中磁编码器的位数以及其配置信息和获取到的校正补偿参数得存储位置等都可灵活的设定。

在本实施例中，驱动控制电路可通过通信总线端子与外部相应的校正控制设备连接，并在通过通信总线端子接收到磁编码器校正启动指令后，控制步进电机在开环状态下以预设速度运行，并在检测到步进电机在以该预设速度稳定运行之后，获取预设时间间隔内的速度增量。本实施例的一种示例中，该预设时间间隔以及预设速度可以基于磁编码器的位数等灵活设置。

在本实施例中，基于上述过程获取到目标谐波的谐波幅值和\/或谐波相位值之后，在一体化电机后续使用过程中，可以获取的谐波幅值和\/或谐波相位值这些校正补偿参数对磁编码器进行校正控制后，利用磁编码器进行位置等信息的精确采集，基于磁编码器采集到的信息进行对步进电机本体进行闭环控制。本实施例中对部件电机本体进行闭环控制的闭环控制策略可包括但不限于矢量控制策略和超前角调节控制策略中的至少一种。

例如，在一种示例中，驱动控制电路还可基于磁编码器采集到的信息获取电流超前角，并将电流超前角叠加到反馈的电流角度中发送给步进电机，以实现超前角变换控制，提升步进电机的控制精度。

应当理解的是，本实施例中上述磁编码器的校正补偿参数的获取并不限于图1-图10所示的一体化电机结构，也适用于其他设置有磁编码器的一体化电机结构。为了便于理解，本实施例下面以图1-图10所示的一体化电机结构为示例，对该一体化电机的控制过程和磁编码校正过程进行示例说明。

请参见图11所示，该一体化电机的控制过程包括：

S1101：对一体化电机进行时钟配置。

S1102：对一体化电机进行初始化，包括但不限于对微处理器等芯片进行初始化。

S1103：对一体化电机进行状态设置，例如可通过但不限于拨码开关对其进行状态设置。

S1104：进行磁编码器校准处理。

S1105：在需要时，对一体化电机进行在线升级处理。

其中，进行磁编码器校准处理的过程请参见图12所示，包括：

S1201：判断磁编码器校准是否启动，例如检测是够接收到磁编码器校正启动指令，该磁编码器校正启动指令除了可通过通信总线端子接收外，也可通过一体化电机上设置的控制按钮下发，如是，转至S1202；否则，继续判断或结束。

S1202：读取磁编码器的配置信息，可包括但不限于磁编码器的位数、预设速度以及存储位置等。

S1203：控制步进电机强制开环运行。

S1204：判断步进电机是否以预设速度匀速运行，如是，转至S1205；否则，继续转至S1203继续判断。

S1205：获取预设时间间隔内的速度增量。

S1206：将速度增量通过傅里叶变换得到谐波分量。

S1207：根据谐波分量中因磁编码器装配偏差导致的目标谐波分量(即除基波之外的两次和\/或四次谐波分量等)获取校正补偿参数，包括目标谐波分量的谐波幅值和谐波相位。在一种示例中，也可根据速度增量与预设的速度增量与校正补偿参数对应关系表，查找到该速度增量对应的目标谐波分量的谐波幅值和谐波相位。

S1208：对获取的目标谐波分量的谐波幅值和谐波相位存储到读取的存储位置中。

通过图12所示的校正过程，相对于不进行磁编码器校准的方式，按照上图所示方式校准后的磁编码器，检测的重复精度可由0.1度减小到0.05度，可以很好的满足步进电机的闭环控制要求，从而提步进电机的控制精度。

实施例八：

另外，虽然步进电机己被广泛地应用，但目前普遍使用的步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机可在多种模式下工作。目前步进电机的工作模式较单一，通常就是工作在脉冲\/方向控制方式下，必须由脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。由于其使用的工作模式较为单一，给诸多应用带来了不便甚至限制了其在不少场合下的应用。

因此，本实施例提供了一种步进电机控制装置，请参见图13所示，其包括依次通信连接的数据交互模块1301、数据处理模块1302、控制模块1303；

数据交互模块1301与步进电机(也即步进电机本体)的上位控制器(可以为独立于驱动控制设备之外的上位控制器，也可为集成于驱动控制设备的驱动控制电路中的控制器)进行数据交互获取数据或指令。本实施例中的数据交互模块1301可基于通信总线端子或者驱动控制设备内部的通信接口实现与上位控制器之间的数据或指令的交互。

数据处理模块1302将数据交互模块1301获取到的数据或指令进行解析后发给控制模块1303；本实施例中的步进电机支持力矩工作模式、位置工作模式、总线式通信控制工作模式和可编程运行工作模式中的至少两种，控制模块1303根据接收到的数据或指令控制步进电机在对应的工作模式下工作。本实施例中的数据处理模块1302可通过但不限于能实现数据或指令解析的电路或芯片实现。本实施例中的控制模块1303则可通过但不限于各种微处理器实现，例如包括但不限于恩智浦半导体公司的LPC11C00系列的微控制器，也可采用德州仪器型号为TMS320F28030\/28031\/28032\/28033\/28034\/28035的微控制器；微处理器11也可以采用但不限于Intel公司的X86芯片、i960芯片或AMD公司的Am386EM、Hitachi的SHRISC芯片等；外围电路则可根据需求灵活设置，例如可包括但不限于RAM、ROM、计时器、中断调度等外围电路中的至少一种。

本实施例中的控制模块1303包括闭环控制单元、模数转换单元、滤波单元、轨迹平滑单元、运动轨迹生成单元、指令存储及读取控制单元和工作模式控制单元，闭环控制单元仅包括电流环闭环控制单元、位置环闭环控制单元；

工作模式控制单元调用电流环闭环控制单元、位置环闭环控制单元、模数转换单元、滤波单元、轨迹平滑单元、运动轨迹生成单元、指令存储及读取控制单元和工作模式控制单元中相应的单元控制步进电机在对应的工作模式下工作。

请参见图13所示，本实施例中的步进电机控制装置还包括分别与控制模块连接的报警模块1304和保护模块1305中的至少一个；

报警模块1304根据步进电机的工作状态在满足设定报警条件时提供进行报警；本实施例中的报警模块1304可以通过各种报警提示单元，例如上述指示灯结合对应的报警控制电路实现。

保护模块1305根据步进电机的工作状态在满足设定保护条件时提供保护。保护模块1305可用于对一体化电机提供掉电、过压、欠压、过温、限位等状况下的保护。本实施例中的保护模块可通过但不限于各种掉电保护电路、过压保护电路、欠压保护电路、过温保护电路、限位保护电路实现。

本实施例中的步进电机支持力矩工作模式、位置工作模式、总线式通信控制工作模式和可编程运行工作模式中的至少两种且可支持在不同的工作模式之间切换；同时本实施例中的闭环控制单元仅包括电流环闭环控制单元、位置环闭环控制单元，而省略了速度换闭环控制单元，当需要速度环的PI(Proportional Integral)参数时，可根据位置增量确定出速度，利用位置环的PID(Proportion Integration Differentiation)运算结果等效于位置环的PI参数加上速度环的PI参数这一特性，实现仅利用电流环闭环控制单元和位置环闭环控制单元的控制输出代替利用现有利用电流环闭环控制单元、位置环闭环控制单元和速度换闭环控制单元的控制输出，在省略速度换闭环控制单元的前提下，可实现现有利用三个闭环控制单元相同的控制效果，简化了控制的同时提升了资源利用率。

控制模块1303根据接收到的数据或指令控制步进电机在对应的工作模式下工作。例如，在本实施例的一种示例中，步进电机支持力矩工作模式，且处于力矩工作模式时，工作模式控制单元可调用电流环闭环控制单元、模数转换单元、滤波单元控制步进电机在力矩工作模式下工作。

在本实施例中，在支持力矩工作模式下，步进电机的输出为所需的力矩，工作模式控制单元调用电流环闭环控制单元、模数转换单元、滤波单元，可采用模拟量参考输入方式和用户指令输入方式这两种控制方式，模拟量参考输入方式允许用户设定输出力矩\/模拟输入电压比例、模拟电压偏置值及死区值，用户指令输入方式允许用户使用电机所支持的指令通过RS232通信端子，RS485通信端子，CAN通信端子，Ethercat通信端子等通信方式直接设定输出力矩大小。

在本实施例的一种示例中，步进电机支持位置工作模式，且处于位置工作模式时，工作模式控制单元调用电流环闭环控制单元、位置环闭环控制单元、模数转换单元、轨迹平滑单元。在位置模式下，工作模式控制单元可通过位置环闭环控制单元采集的位置增量确定出速度从而实现速度环相关的PI或PID控制。其中电机可转动到所指定的绝对距离或相对距离，工作模式控制单元调用电流环闭环控制单元、位置环闭环控制单元、模数转换单元、轨迹平滑单元，可包括但不限于模拟量参考输入方式和脉冲输入方式两种控制方式，模拟量参考输入方式允许用户设定运行步数\/模拟输入电压比例，模拟电压偏置值及死区值，脉冲输入方式允许用户使用脉冲方式控制电机，同时又支持脉冲\/方向信号、正向脉冲\/反向脉冲信号和正交脉冲信号三种脉冲信号的输入。

在本实施例的一种示例中，步进电机支持总线式通信控制工作模式，且处于总线式通信控制工作模式时，工作模式控制单元调用电流环闭环控制单元、位置环闭环控制单元、滤波单元、运动轨迹生成单元。在总线式通信控制工作模式下，工作模式控制单元调用电流环闭环控制单元、位置环闭环控制单元、滤波单元、运动轨迹生成单元时，用户可使用上位机或是控制板卡通过RS232通信端子，RS485通信端子，CAN通信端子，Ethercat通信端子等通信方式调用电机所支持的指令。且工作模式控制单元可通过位置环闭环控制单元采集的位置增量确定出速度从而实现速度环相关的PI或PID控制。

在本实施例的一种示例中，步进电机支持可编程运行工作模式，且处于可编程运行工作模式时，工作模式控制单元调用电流环闭环控制单元、位置环闭环控制单元、模数转换单元、滤波单元、运动轨迹生成单元、指令存储及读取控制单元。在可编程运行工作模式下，工作模式控制单元可通过位置环闭环控制单元采集的位置增量确定出速度从而实现速度环相关的PI或PID控制。用户可使用上位机软件将电机支持的一系列控制指令固化到电机驱动内部自带的存储单元中，电机即可按照所编写的指令自动运行。

且在本实施例中，以上几种工作模式可支持I\/O接线端子功能的设定，包括但不限于使能电机、限位输入、启动\/停止运行、标识内部运行状态、条件性的输入输出等等。

应当理解的是，本实施例所提供的步进电机控制装置可集成设置于一体化电机的驱动控制设备中，该一体化电机可为但不限于图1-图10所示的一体化电机。当然本实施例中的步进电机控制装置也可集成设置于步进电机本体和驱动器分离的驱动器中。通过本实施例提供的步进电机控制装置可使得步进电机支持多种工作模式并可仅利用电流环闭环控制单元、位置环闭环控制单元实现步进电机在多种工作模式下工作以及切换，极大的丰富了步进电机运动系统的功能及应用范围，扩展了步进电机的应用场合。

实施例九：

本实施例还提供了一种自动化控制系统，包括执行机构和如上各实施例所示的一体化电机，步进电机主体与执行机构连接，驱动控制设备通过步进电机主体控制执行机构执行相应的动作。本实施例中的执行机构可包括但不限于用于实现雕刻、医疗器械控制、机械手设备等。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

设计图

一体化电机及控制系统论文和设计

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主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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