[发明专利]检测步进电机中的失速或失步的控制单元和方法

说明书

检测步进电机中的失速或失步的控制单元和方法。控制单元102适于根据反EMF信号确定第一参数，根据反EMF信号确定与第一参数相对应的至少一个第二参数。控制单元102进一步基于所述第一参数验证包含所述至少一个第二参数的至少一个条件，并基于所述验证来检测步进电机110中的失速或失步。本发明通过标识反EMF信号的峰的特性特征来使用模式检测，所述特性特征是阶数（n）、幅度和极性。这些特性特征独立于RPM、齿隙、负载，并且不要求任何复杂的计算，并且即使在较低的RPM下也非常鲁棒。

技术领域

本发明涉及一种用以在驱动步进电机时检测失速或失步的控制单元和方法。

背景技术

在各种系统中，对基于步进机的系统中的无传感器失速和失步检测有需求。在系统中，在具有变化的负载和齿隙的情况下要求在较低的每分钟转数（RPM）下的电机操作，其中现有解决方案无法检测失速或失步。需要失速检测来实现参考定位，并且没有检测会导致致动器驱动过度，从而导致操作时间减少或驱动器的逐渐损坏。失速检测还用于检测产品中可能在现场发生的损坏，诸如驱动机械损坏或甚至电机损坏。现有的解决方案从无激励线圈提取反电动势（EMF），并使用基于阈值的比较来检测失速或失步。阈值或是基于RPM动态得出，或是针对给定系统静态固定或校准。

在许多系统中使用失速检测的概念。在大多数系统中，步进电机在高RPM下操作，或者在具有较小齿隙或者不具有任何动态负载的系统（其中失速检测是稳定的）中操作。现有解决方案中使用的概念是通过监测反EMF。当反EMF下降到给定的阈值以下或者在失速的情况下反EMF变得接近零时，检测到失速。在低RPM（理想地出于对扭矩的需要或为了避免共振而选取）下的驱动中具有变化的负载和齿隙的情况下，失速检测趋向于并不鲁棒。一般来说，市场上存在几种使用步进电机的产品。失速检测主要用于检测机械驱动中的损坏或实现参考定位，并且失步检测用于粗略校正。

专利文献US20110181229公开了用于步进电机失速检测的装置、系统和方法。公开了用于步进电机失速检测的装置、系统和方法。转换模块接收在全步操作期间由步进电机的转子的磁场在步进电机的非驱动线圈中产生的反电动势（“EMF”）波形，并且在全步操作内的预定时间段内以在预定时间处开始的间隔对波形进行采样，以产出多个采样数据点。整流模块关于预定的静态电平对波形进行整流。比较模块将经整流的采样数据点累积成统计上有代表性的采样值，将有代表性的采样值与预定阈值电平进行比较，并且如果有代表性的采样值小于预定阈值电平，则指示转子失速。

附图说明

参考以下随附附图描述了本公开的实施例，

图1图示了根据本发明实施例的用于步进电机的控制单元的框图；

图2图示了根据本发明实施例的与反EMF信号相关的曲线图；

图3图示了根据本发明实施例的失速或失步检测的多种情况；以及

图4图示了根据本发明的用于检测步进电机中的失速或失步的方法。

具体实施方式

图1图示了根据本发明实施例的用于步进电机的控制单元的框图。提供包括控制单元102的系统100来检测步进电机110中的失速或失步。步进电机中的失速可能是由于机械驱动而导致的。步进电机110包括转子112（诸如磁体）和定子（诸如励磁线圈或磁极）。所描述的步进电机110是两个励磁线圈，即第一线圈106和第二线圈108。本发明不限于基于两个励磁线圈的步进电机110，而取而代之地适用于具有多个磁极的步进电机110。控制单元102适于通过驱动器电路104驱动步进电机110的至少两个励磁线圈（第一线圈106和第二线圈108），并检测/读取包括反电动势（EMF）的电信号，如图2中所示。通过检测器电路114和放大器116来执行检测。任何其他检测器电路114适用于在不脱离本发明的范围的情况下被使用。检测器电路114被示出为跨第一线圈106连接。检测器电路114也可跨第二线圈108连接。进一步地，检测器电路114可跨第一线圈106和第二线圈108这两者连接。检测器电路114提取/读取步进电机110的具有中电平偏置的反EMF信号。