集成型电机驱动单元结构的制作方法

本实用新型涉及大功率伺服电机驱动领域，特别涉及集成型电机驱动单元结构。

背景技术：

电机驱动单元是伺服电机正常工作的必要控制设备，在一些大功率应用场合，如高铁中，电机驱动单元既需要满足伺服电机的功率要求，有由于高铁中安装空间有限，需尽量减小驱动单元的体积，实际上，大多数情况下，高铁中均是事先为伺服电机驱动单元及其相关设备设计好预留空间大小，伺服电机驱动单元及相关设备只能在预留空间内进行安装，由此，如何让电机驱动单元结构更小的前提下，实现更多的功能就变得至关重要。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有高铁用伺服电机提供一种模块化，占用安装空间小的集成型集成型伺服电机驱动单元结构。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种集成型集成型伺服电机驱动单元结构，包括，壳体，所述壳体为书本型长方体结构；

所述壳体后端固定在散热装置上，或，所述壳体后端集成有散热装置；

所述壳体顶端靠近散热装置处设置有横穿壳体的电源输入及制动接口；所述壳体顶端表面上设置有至少一个mBUS接口、至少一个MC_GPIO接口、至少一个速度传感器接口以及两个以上的顶端散热孔；所述电源输入及制动接口包括集成的电源输入接口及制动接口，所述电源输入接口用于连接外部三相电网，所述制动接口用于外接制动电阻，将电制动能量释放至该制动电阻，所述mBUS接口用于集成型电机驱动单元与中央控制单元采用mBUS总线连接，自中央控制单元接收控制指令；所述速度传感器接口用于自受控伺服电机接收速度传感器数据；所述MC_GPIO接口用于接收数字输入、脉冲输入、模拟量输入、外部Z信号，并进行数字量输出、编码器反馈脉冲输出。

所述壳体底端表面设置有电机接口、至少一个MC_CNRLA接口及两个以上的底端散热孔；所述电机接口设置在壳体底端表面靠近散热装置的一侧，所述MC_CNRLA接口设置在壳体底端表面远离散热装置的一侧；所述底端散热孔均匀分布在壳体底端表面；所述MC_CNRLA接口用于MC_CNRL模块与中央控制单元的通信，所述MC_CNRL模块用于电机温度保护开关控制、硬线急停控制以及散热风扇控制。

所述壳体与散热装置接触的面内侧为固定功能器件模块的面；所述功能器件模块包括被动整流单元、预充电单元、制动单元及逆变单元。所述被动整流单元用于将三相电网的交流电进行整流后通过所述预充电单元为直流母排电容充电，所述制动单元用于将电制动能量释放至制动电阻，所述逆变单元用于驱动控制伺服电机运转。

所述速度传感器接口包括物理位置固定的B+端口、B-端口、A+端口、A-端口、Z+端口、Z-端口；

还包括RJ45接口，所述RJ45接口引脚8设置为为B-端口提供信号、引脚7设置为为B+端口提供信号，引脚6设置为为A-端口提供信号，引脚3设置为A+端口设置信号，引脚2设置与Z-端口互联；引脚1设置为与Z+端口互联。

同时还包括第一信号处理电路、第二信号处理电路、第三信号处理电路及发送电路；

所述第一信号处理电路包括与控制器连接的EQEP2B端，所述EQEP2B端通过第一电阻与电源连接，通过第一电容与地连接，同时还通过第二电阻与第一光耦的输出端连接；所述第一光耦的输入端与第一防反向电路、第一防雷电路串接连接，所述第一光耦输入端正极自B+端口接收信号，所述第一光耦输入端负极自B-端口接收信号。

所述第二信号处理电路包括与控制器连接的EQEP2A端，所述EQEP2A端通过第三电阻与电源连接，通过第二电容与地连接，同时还通过第四电阻与第二光耦的输出端连接；所述第二光耦的输入端与第二防反向电路、第二防雷电路串接连接，所述第二光耦输入端正极自A+端口接收信号，所述第二光耦输入端负极自A-端口接收信号。

所述第三信号处理电路包括与控制器连接的EQEP2I端，所述EQEP2I端通过第五电阻与电源连接，通过第三电容与地连接，同时还通过第六电阻与第三光耦的输出端连接；所述第三光耦的输入端与第三防反向电路、第三防雷电路串接连接，所述第三光耦输入端正极自Z+端口接收信号，所述第三光耦输入端负极自Z-端口接收信号。

所述发送电路包括与控制器连接的SPI1_SCK端口，所述SPI1_SCK端口通过第七电阻与第四光耦的负极连接，所述第七电阻同时可通过第八电阻与第四光耦的正极连接，第四光耦的正极还与电源连接；同时，第四光耦的输出端与双向收发器芯片连接；所述双向收发器芯片还分别与Z+端口、Z-端口连接。

进一步的，所述第一防反向电路包括第一串联肖特基对管D4，所述第一串联肖特基对管D4的引脚1与第一光耦输入端负极连接，所述第一串联肖特基对管D4的引脚3与第一光耦输入端正极连接。

第二防反向电路包括第二串联肖特基对管D5，所述第二串联肖特基对管D5的引脚1与第二光耦输入端负极连接，所述第二串联肖特基对管D5的引脚3与第二光耦输入端正极连接。

第三防反向电路包括第三串联肖特基对管D6，所述第三串联肖特基对管D6的引脚1与第三光耦输入端负极连接，所述第三串联肖特基对管D6的引脚3与第三光耦输入端正极连接。

进一步的，所述第一防雷电路包括第一小信号二极管、第一瞬态抑制二极管、第七二极管、第八二极管，其中，第一小信号二极管与第七二极管反向串接，第一瞬态抑制二极管与第八二极管反向串接，同时，第一小信号二极管和第八二极管的负极均与第一光耦输入端正极连接，第七二极管、第一瞬态抑制二极管的负极均与第一光耦输入端负极连接；

所述第二防雷电路包括第二小信号二极管、第二瞬态抑制二极管、第九二极管、第十二极管发，其中，第二小信号二极管与第九二极管反向串接，第二瞬态抑制二极管与第十二极管反向串接，同时，第二小信号二极管和第十二极管的负极均与第二光耦输入端正极连接，第九二极管、第二瞬态抑制二极管的负极均与第二光耦输入端负极连接。

所述第三防雷电路包括第三小信号二极管、第三瞬态抑制二极管、第十一二极管、第十二二极管发，其中，第三小信号二极管与第十一二极管反向串接，第三瞬态抑制二极管与第十二二极管反向串接，同时，第三小信号二极管和第十二二极管的负极均与第三光耦输入端正极连接，第十一二极管、第三瞬态抑制二极管的负极均与第三光耦输入端负极连接。

进一步的，所述双向收发器芯片采用芯片SN65176BDR，芯片SN65176BDR的引脚D与第四光耦输出端连接；引脚B与端口Z-连接；引脚A与端口Z+连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：本实用新型提供了一种包含具有特殊结构的集成型电机驱动单元结构，该结构同时集成了被动整流单元、预充电单元、制动单元及逆变单元。所述被动整流单元用于将三相电网的交流电进行整流后通过所述预充电单元为直流母排电容充电，所述制动单元用于将电制动能量释放至制动电阻，所述逆变单元用于驱动控制一个伺服电机运转。其壳体为书本型长方体结构，在该壳体结构的顶面和底面分别设置有电源输入及制动接口、mBUS接口、MC_GPIO接口、速度传感器接口MC_CNRLA接口、电机接口并分别与内部相应功能模块对应安装，从而实现相应的控制驱动功能。

本实用新型提供的电源输入及制动接口、mBUS接口、MC_GPIO接口、速度传感器接口MC_CNRLA接口、电机接口位置与其相对应的功能模块位置相对应，拥有更合理的布局，进而使得整体体积更小，另外，本结构整体外形呈书本型，其有利于模块化生产以及和其他相关的单元模块共同集成安装，这对安装空间有限的使用场合（如高铁上）具有非常重大的意义。

附图说明：

图1为本实用新型提供的集成型电机驱动单元结构示意图。

图2为本实用新型提供的电机驱动单元底面结构分布图。

图3为本实用新型提供的集成型电机驱动单元电气原理图。

图4为电源输入及制动接口分布示意图。

图5为速度传感器接口第一信号处理电路电路图。

图6为速度传感器接口第二信号处理电路电路图。

图7为速度传感器接口第三信号处理电路电路图。

图8为速度传感器接口发送电路电路图。

图9为速度传感器接口JR15接口引脚定义图。

1-壳体，11-mBUS接口，12-速度传感器接口，13-MC_GPIO接口；14-顶端散热孔，15-MC_CNRLA接口，16-电机接口，17-底端散热孔，2-散热装置，3-电源输入及制动接口。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

实施例1：如图1、图2、图3所示，本实施例提供一种集成型集成型伺服电机驱动单元结构，包括，壳体1，所述壳体1为书本型长方体结构。

所述壳体1后端固定在散热装置2上；所述壳体1顶端靠近散热装置2处设置有横穿壳体的电源输入及制动接口3；所述壳体顶端表面上设置有至少一个mBUS接口11、至少一个MC_GPIO接口13、至少一个速度传感器接口12以及两个以上的顶端散热孔14；所述电源输入及制动接口3包括集成的电源输入接口及制动接口，所述电源输入接口用于连接外部三相电网，所述制动接口用于外接制动电阻，将电制动能量释放至该制动电阻，如图4所示，电源输入及制动接口3中，R、S、T分别用于接入三相电网的三相电，而P、B接口为制动接口；所述mBUS接口11用于集成型电机驱动单元与中央控制单元采用mBUS总线连接，自中央控制单元接收控制指令，所述控制指令包括模式、转矩、转速、位置等指令及各种控制参数；所述速度传感器接口12用于自受控伺服电机接收速度传感器数据；所述MC_GPIO接口13用于接收数字输入、脉冲输入、模拟量输入、外部Z信号，并进行数字量输出、编码器反馈脉冲输出；所述MC_GPIO接口13和mBUS接口11可同时使用，且可设置优先级。

所述壳体底端表面设置有电机接口16、至少一个MC_CNRLA接口15及两个以上的底端散热孔17；所述电机接口16设置在壳体底端表面靠近散热装置2的一侧，所述MC_CNRLA接口15设置在壳体底端表面远离散热装置的一侧；所述底端散热孔均匀分布在壳体底端表面；所述MC_CNRLA接口15用于MC_CNRL模块与中央控制单元的通信，所述MC_CNRL模块用于电机温度保护开关控制、硬线急停控制以及散热风扇控制。

所述壳体1与散热装置2接触的面内侧为固定功能器件模块的面；所述功能器件模块包括被动整流单元、预充电单元、制动单元及逆变单元。所述被动整流单元用于将三相电网的交流电进行整流后通过所述预充电单元为直流母排电容充电，所述制动单元用于将电制动能量释放至制动电阻，所述逆变单元用于驱动控制伺服电机运转。

如图5至图9所示，所述速度传感器接口包括物理位置固定的B+端口、B-端口、A+端口、A-端口、Z+端口、Z-端口；还包括RJ45接口，所述RJ45接口引脚8设置为为B-端口提供信号、引脚7设置为为B+端口提供信号，引脚6设置为为A-端口提供信号，引脚3设置为A+端口设置信号，引脚2设置与Z-端口互联；引脚1设置为与Z+端口互联；同时还包括第一信号处理电路、第二信号处理电路、第三信号处理电路及发送电路；所述第一信号处理电路包括与控制器连接的EQEP2B端，所述EQEP2B端通过第一电阻R13与电源VCC连接，通过第一电容C15与地连接，同时还通过第二电阻R12与第一光耦的输出端连接；所述第一光耦的输入端与第一防反向电路、第一防雷电路串接连接，所述第一光耦输入端正极自B+端口接收信号，所述第一光耦输入端负极自B-端口接收信号；所述第二信号处理电路包括与控制器连接的EQEP2A端，所述EQEP2A端通过第三电阻R15与电源VCC连接，通过第二电容C16与地连接，同时还通过第四电阻R14与第二光耦的输出端连接；所述第二光耦的输入端与第二防反向电路、第二防雷电路串接连接，所述第二光耦输入端正极自A+端口接收信号，所述第二光耦输入端负极自A-端口接收信号；所述第三信号处理电路包括与控制器连接的EQEP2I端，所述EQEP2I端通过第五电阻R17与电源VCC连接，通过第三电容C17与地连接，同时还通过第六电阻R16与第三光耦的输出端连接；所述第三光耦的输入端与第三防反向电路、第三防雷电路串接连接，所述第三光耦输入端正极自Z+端口接收信号，所述第三光耦输入端负极自Z-端口接收信号。

所述发送电路包括与控制器连接的SPI1_SCK端口，所述SPI1_SCK端口通过第七电阻R18与第四光耦的负极连接，所述第七电阻R18同时可通过第八电阻R10与第四光耦的正极连接，第四光耦的正极还与电源C连接；同时，第四光耦的输出端与双向收发器芯片连接；所述双向收发器芯片还分别与Z+端口、Z-端口连接。本实施例中，所述双向收发器芯片采用芯片SN65176BDR，芯片SN65176BDR的引脚D与第四光耦输出端连接；引脚B与端口Z-连接；引脚A与端口Z+连接。

所述第一防反向电路包括第一串联肖特基对管D4，所述第一串联肖特基对管D4的引脚1与第一光耦输入端负极连接，所述第一串联肖特基对管D4的引脚3与第一光耦输入端正极连接；第二防反向电路包括第二串联肖特基对管D5，所述第二串联肖特基对管D5的引脚1与第二光耦输入端负极连接，所述第二串联肖特基对管D5的引脚3与第二光耦输入端正极连接；第三防反向电路包括第三串联肖特基对管D6，所述第三串联肖特基对管D6的引脚1与第三光耦输入端负极连接，所述第三串联肖特基对管D6的引脚3与第三光耦输入端正极连接。本实施例中采用BV99WT1G实现。

所述第一防雷电路包括第一小信号二极管、第一瞬态抑制二极管、第七二极管、第八二极管，其中，第一小信号二极管与第七二极管反向串接，第一瞬态抑制二极管与第八二极管反向串接，同时，第一小信号二极管和第八二极管的负极均与第一光耦输入端正极连接，第七二极管、第一瞬态抑制二极管的负极均与第一光耦输入端负极连接；所述第二防雷电路包括第二小信号二极管、第二瞬态抑制二极管、第九二极管、第十二极管发，其中，第二小信号二极管与第九二极管反向串接，第二瞬态抑制二极管与第十二极管反向串接，同时，第二小信号二极管和第十二极管的负极均与第二光耦输入端正极连接，第九二极管、第二瞬态抑制二极管的负极均与第二光耦输入端负极连接；所述第三防雷电路包括第三小信号二极管、第三瞬态抑制二极管、第十一二极管、第十二二极管发，其中，第三小信号二极管与第十一二极管反向串接，第三瞬态抑制二极管与第十二二极管反向串接，同时，第三小信号二极管和第十二二极管的负极均与第三光耦输入端正极连接，第十一二极管、第三瞬态抑制二极管的负极均与第三光耦输入端负极连接。本实施例中直接采用BV03C实现。本实施例中的伺服电机速度传感器接口电路通过采用JR15接口，并自定义该接口各个引脚的作用，可在将对外端口（B+端口、B-端口、A+端口、A-端口、Z+端口、Z-端口）在电路板上位置固定方式下，仅仅通过改变设置在JR15接口和处理电路（第一信号处理电路、第二信号处理电路、第三信号处理电路及发送电路）之间的通信协议芯片实现控制电路采用不同的通信协议，以适应不同的位置传感器（如增量式光电编码器，磁编码器、绝对值光电编码器）。本电路采用预留端口的电路板结构，可在生产时，先不安装具体通信协议芯片，而是在确定需要何种通信协议芯片后，将相应芯片插接或焊接在对外端口处，即可将本接口电路变为相应的通信接口。