[发明专利]具有内部编码器单元的马达

说明书

一种马达和一种操作马达的方法使用编码器盘和编码器读取器，所述编码器盘附接到所述马达的转子，所述编码器读取器定位成光学获得所述转子的旋转信息。所述编码器盘和所述编码器读取器位于所述马达的定子的内部区域内，所述转子定位在所述内部区域中以旋转。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年6月21日提交的美国临时专利申请序列号62/688,342的权益，其通过引用并入本文。

背景技术

步进马达是低成本且易于使用的马达，其通常用于低性能的运动控制应用，诸如三维(3D)打印机、单缸泵和业余爱好机器人中。步进马达成本低的主要原因是，与高端无刷伺服马达相比，这些马达具有更少数量的磁体，并且使用了低成本且高量友好型的层压金属板材。

与具有类似尺寸的其他类型的马达，诸如直流(DC)马达或无刷DC(BLDC)马达相比，步进马达具有高极数(两相步进马达有50极)并且在低速下产生高扭矩。在高速下，步进马达的扭矩显著下降，并且因此不可用于这种应用中。对于低速至中速应用而言，步进马达在成本和性能方面是理想的。

通常，使用低成本的开环步进马达驱动器以开环模式控制步进马达。开环控制的主要缺点是没有反馈，并且因此马达必须以大电流运行以确保位置控制，这通常会导致步进马达的过热。另外地，当以开环运行步进马达时，无法保证位置的精度。此外，更高的噪声也与以开环和高恒定电流运行步进马达相关联。

为了解决这些问题，最近的努力是通过将编码器单元附接到步进马达而使步进马达像闭环伺服马达一样运行。通过将编码器附接到步进马达并且以闭环运行，实现了下列特征：更准确的位置控制、更冷且更有效的运行以及更安静的操作。

即使具有编码器单元，由于这种步进马达的制造成本显著降低的事实，步进马达仍比BLDC马达更加便宜。然而，通过添加编码器单元，大幅降低了步进马达的成本优势。另外，在步进马达上添加编码器单元增加了马达的总体尺寸。

发明内容

一种马达和一种操作马达的方法使用编码器盘和编码器读取器，所述编码器盘附接到马达的转子，所述编码器读取器定位成光学获得转子的旋转信息。编码器盘和编码器读取器位于马达的定子的内部区域内，转子定位在该内部区域中以旋转。

根据本发明的一个实施例的一种马达包括具有内部区域的定子；转子组件，所述转子组件具有连接到轴的转子，转子定位在定子的内部区域内；附接到转子的编码器盘，编码器盘定位在定子的内部区域内；以及编码器读取器，编码器读取器定位在定子的面向编码器盘的内部区域内，以光学获得转子的旋转信息。

根据本发明的一个实施例的一种操作马达的方法包括向马达施加驱动信号以驱动马达的转子以在定子的内部区域内旋转；从编码器读取器向附接到转子的编码器盘发射光，编码器盘和编码器读取器定位在定子的内部区域内；以及当转子旋转时，在编码器读取器处接收来自编码器盘的光，其中接收到的光用于获得转子的旋转信息。

通过以下结合附图的详细描述，本发明的其他方面和优点将变得显而易见，所述附图以本发明原理的示例的方式示出。

附图说明

图1A和图1B示出了根据现有技术的具有透射型编码器的步进马达；

图2示出了根据现有技术的具有反射型编码器的步进马达；

图3A和图3B为根据本发明的实施例的具有内部编码器的步进马达的立体图；

图4示出了拆装的图3A和图3B的步进马达；

图5示出了根据本发明的实施例的图3A和图3B的步进马达的反射式编码器盘；

图6A和图6B示出了根据本发明的实施例的具有附接到转子组件的转子的反射式编码器盘的图3A和图3B的步进马达的转子组件；