雙步進電機同軸聯接及驅動裝置的設計

0 引言

　　步進電機被廣泛應用于機器人、機械手、打印機及智能儀器儀表中。在某些使用過程中，單個步進電機不能滿足執行機構所要求的轉矩，且單片功率驅動器IC(集成電路)不能提供大轉矩求的驅動功率。雙步進電機同軸聯接及驅動裝置的創新技術成功地解決了上述問題。

　　1 步進電機及控制驅動原理

　　步進電機區別于其他控制電機，其特點是通過輸入脈沖信號來進行控制，步進電機的驅動原理是通過它每相線圈中的電流的順序切換來使電機作步進式旋轉，每輸入一個有規律的脈沖信號，步進電機就轉動一個固定的角度，總轉動角度由輸入脈沖個數決定，步進電機的轉速由脈沖信號頻率決定。

　　本文中采用了北京微電機廠生產的SB-2P 型步進電機(額定電壓:-24V； 額定電流:0.2A；額 定步距:3°；相數:3 相)。步進電機的線圈繞組原理如圖1 所示。若以3 相3 拍方式工作，則通電 次序為：

　　這種3 相3 拍的通電次序在脈沖換接時,一相繞組斷電后另一相繞組才開始通電,這樣在電源換接 時步進電機容易出現失步或在平衡位置產生振蕩,定位精度不高。為了改善度進電機的運行性能,驅 動方式采用3 相雙3 拍或3 相6 拍方式。以3 相雙3 拍方式工作的通電相序如表1 所示。

　　2 雙步進電機同軸聯接及驅動的構想

　　2.1 雙端軸、單端軸的雙步進電機同軸聯接

　　雙端軸即每個步進電機的兩個端面都有電機軸，圖2 為這種類型的雙步進電機同軸聯接的結構 示意圖。將兩個步進電機同軸聯接后，可實現轉矩的倍增。需要注意的是，要求必須采用同樣型號、 同樣參數的相同步進電機，且電機軸必須同軸心。

　　對于單端軸雙步進電機的同軸聯接，可參照圖3 給出的結構示意圖。

　　2.2 雙步進電機同軸聯接的驅動

　　步進電機與其他交流電機不同，僅僅接上電源是不能滿足工作要求, 即使輸入了脈沖信號，還 必須連接相應的驅動器才能工作。要同時驅動兩個同軸聯接的步進電機，通常單片功率驅動器IC（集 成電路）不能提供大轉矩所要求的驅動功率，為此，采用了多片驅動器IC 層疊并聯的技術。它是將 多片同廠家、同型號、同參數、同批生產的驅動器IC 芯片逐一層疊并聯并按引腳號一一對應焊接而 實現，可在不增加硬件電路板面積的基礎上使驅動功率多倍增加。