具有动态扭力控制的步进马达驱动装置制造方法及图纸

具有动态扭力控制的步进马达驱动装置包括马达控制器、马达驱动器及频率／电压转换器，在作法上，可利用马达控制器将时钟信号馈入马达驱动器及频率／电压转换器中，当马达需要提升转速时，系统便会提高时钟信号的频率，使频率／电压转换器能产生较高的参考电压，进而使马达驱动器产生较大的驱动电流来驱动马达，使马达的输出转矩增加。当系统停机或其他因素使马达锁死时，因系统会自动将此时的驱动电流降至最低，因此可有效避免马达过热，大幅提升了系统的安全性。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术涉及一种马达驱动装置，且特别涉及一种步进马达的驱动装置。在所有的自动化设备中，马达一直是设备的核心，为符合不同环境下的使用需求，各研发单位也发展出具有不同特性的马达，某些具有高效率的优点，也有的能符合速度及定位上的要求。在各类型的马达当中，由于步进马达(stepping motor)具备速度稳定及定位精确等特点，因此在控制系统中始终占有重要的地位，而要如何准确地控制步进马达的动态特性并让马达的效能发挥到极致，便成为相当重要的课题。目前较常用的步进马达有PM型(永久磁铁型)及Hybrid型(混和型)两种，而较常用的驱动方式则为定电压驱动及定电流驱动两种类型，由于定电流驱动具有功率晶体管负担较轻且运转效率高等特点，因此其适用范围也较为广泛，下文中亦将以步进马达的定电流驱动为例并加以说明。参照附图说明图1，其绘示传统的步进马达驱动装置方块图，各元件间的耦接关系如图中所绘示。就传统作法而言，是利用马达控制器120来控制步进马达150的运转，在做法上，可先将控制信号CT馈入马达控制器120中，然后马达控制器120即可依据控制信号CT的内容产生步进马达150运转所需的时钟(clock)信号CK，并将其馈入马达驱动器140中；当马达驱动器140接收到时钟信号CK及参考电压Vr后，便可依据这两个信号对应产生驱动信号145，并利用驱动信号145来控制步进马达150的运转。需要注意的是，马达驱动器140为定电流马达驱动器，因此马达驱动器140在接收到参考电压Vr之后，会先将其转换为驱动电流后再据以驱动马达，而步进马达的运转特性将于下文中结合附图详细说明。参照图2，其绘示步进马达某定电流驱动时的运转特性。附图中横座标为时钟频率，也就是图1中时钟信号CK的频率，而纵座标则为步进马达的转矩(torque)大小。需要注意的是，附图的曲线表示步进马达150以定电流I驱动时，时钟频率改变所对应的马达转矩变化，当时钟频率为f1时，步进马达的输出转矩为T1，当时钟频率为f2时，步进马达的输出转矩为T2，由附图可清楚看出，当时钟频率增加时，马达转矩反而降低，由于较高的时钟频率意味着步进马达具有较高的转速，因此在步进马达的驱动电流保持固定的情况下，若将转速提高其扭力便会随之降低，使马达驱动负载的能力下降。更重要的是，传统的步进马达控制方法是以马达控制器120的时钟信号CK作为信号来源，如图1所绘示，因此当马达控制器发生异常时，便极有可能造成步进马达的损毁。举例来说，当马达高速运转时若系统突然发生异常(例如因故障或异常的操作程序导致系统停机)，马达便极有可能被锁死，此时马达线圈就会因为流过的电流太大而发热，甚至将马达烧毁。由于产品设计时须符合严格的安全规定，因此为避免马达在意外发生时烧毁，设计人员便会将驱动电流的最大值降低，但如此一来也就降低了系统的最高速度，也使得马达的效能无法完全发挥，相当的不经济。有鉴于此，本技术的目的旨在提供一种具有动态扭力控制的步进马达驱动装置，藉由驱动电流的调整来解决马达振动的问题，并提高能源的利用率。本技术的另一目的旨在提供一种具有动态扭力控制的步进马达驱动装置，能在系统异常时提供有效的过电流防护，以避免马达烧毁。根据上述目的，本技术提出一种具有动态扭力控制的步进马达驱动装置，此装置的简述如下。具有动态扭力控制的步进马达驱动装置包括马达控制器、马达驱动器及频率/电压转换器，马达控制器在接收到控制信号后，可依据控制信号的型态产生对应的时钟信号，并将此时钟信号馈入马达驱动器及频率/电压转换器中；频率/电压转换器在接收到时钟信号后，即可产生与时钟信号的频率高低相对应的参考电压，并将其馈入马达驱动器。马达驱动器在接收到时钟信号及参考电压后，即可依据参考电压的高低产生对应的驱动电流，并利用时钟信号及驱动电流控制步进马达的运转，达到动态调整马达扭力的目的。为使本技术的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并结合附图作详细说明如下。图1绘示传统的步进马达驱动装置方块图；图2绘示步进马达以某定电流驱动时的运转特性；图3绘示具有多段式驱动电流调整的步进马达的运转特性；图4A绘示依照本技术一较佳实施例所提供的具有动态扭力控制的步进马达驱动装置方块图；图4B绘示图4A中频率/电压转换器的方块图；图5绘示图4A中参考电压、驱动电流与时钟频率三者间的关系。如上文所述，在步进马达的驱动电流保持固定的情况下，若将转速提高其扭力便会随之降低，使马达驱动负载的能力下降；因此，为能使步进马达在高转速时兼具高扭力的输出，在转速逐渐增加的同时，也需要将马达的驱动电流分为数个阶段逐步提升，如此方可使步进马达在高转速下同时具备高转矩的特性。参照图3，其绘示具有多段式驱动电流调整的步进马达的运转特性。以图3为例，最接近座标轴原点的曲线表示步进马达以定电流I1驱动时的运转特性，中间的曲线表示步进马达以定电流I2驱动时的运转特性，最远离座标轴原点的曲线表示步进马达以定电流I3驱动时的运转特性，其中I1＜I2＜I3。由附图中可清楚看出，当步进马达以相同转速运转时，若驱动电流越高，所得到的马达转矩也就越大。假设马达启动时是以定电流I1驱动，当时钟频率由f1逐渐增加时，马达转矩也会自T1开始降低，并将于时钟频率升高至f2时降至T2。但应特别注意，若在时钟频率升高至f2的瞬间将马达改以定电流I2驱动，便可在此时将马达转矩由T2迅速拉升至T1。同理，当时钟频率高于f2之后马达转矩又会逐渐下降，但若在时钟频率升高至f3的瞬间将马达改以定电流I3驱动，便可在此时将马达转矩提升至T1。也就是说，步进马达在时钟频率低于f2时是以电流I1驱动，在时钟频率介于f2与f3之间时是以电流I2驱动，在时钟频率介于f3与f4之间时则是以电流I3驱动，由于在马达转速逐渐提升的过程中其驱动电流也逐步提高，因此可在高转速时依然保有高扭力的动力输出。参照图4A，其绘示依照本技术一较佳实施例所提供的具有动态扭力控制的步进马达(stepping motor)驱动装置方块图。具有动态扭力控制的步进马达驱动装置包括马达控制器120、马达驱动器140及频率/电压转换器410，各元件间相关的耦接关系如附图中所绘示。马达控制器120在接收到控制信号CT后，可依据控制信号CT的型态产生对应的时钟信号CK，并将此时钟信号CK馈入马达驱动器140及频率/电压转换器410中；频率/电压转换器410在接收到时钟信号CK后，即可产生与时钟信号CK的频率高低相对应的参考电压Vr，并将其馈入马达驱动器140。马达驱动器140在接收到时钟信号CK及参考电压Vr后，即可依据参考电压Vr的高低产生对应的驱动电流，并利用时钟信号CK及驱动电流产生驱动信号145来控制步进马达150的运转，达到动态调整马达扭力的目的。举例来说，当马达需要提升转速时，系统便会提高时钟信号CK的频率，由于参考电压Vr的大小是依据时钟信号CK的频率高低而定，因此当时钟信号CK的频率增加时，可使参考电压Vr同步上升以产生较高的驱动电流，当马达的驱动电流增加后便可获得较大的转矩，故而在马达转速提高时其转矩也会同步地提升。反之，当马达需要降低转速时，系统便会降低时钟信号CK的频率，进而使参考本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有动态扭力控制的步进马达驱动装置，用以驱动一步进马达，所述步进马达驱动装置包括： 一马达控制器，用以接收一控制信号并据以输出一时钟信号； 一频率／电压转换器，与所述马达控制器耦接，用以依据所述时钟信号输出一参考电压；以及 一马达驱动器，耦接至所述马达控制器与所述频率／电压转换器，用以依据所述时钟信号及所述参考电压输出一驱动信号以驱动所述步进马达。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡奇松，
申请(专利权)人：虹光精密工业股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：71[中国|台湾]