CN101227133A - 一种具有检测绕组的圆筒形直线电机 - Google Patents

一种具有检测绕组的圆筒形直线电机 Download PDF

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一种具有检测绕组的圆筒形直线电机，它涉及一种具有相邻相耦合检测绕组和相邻相解耦检测绕组的圆筒形直线电机，以解决传统直线电机的驱动控制系统存在的成本较高、体积较大、可靠性较低、难以在圆筒形密闭结构中安装使用的问题。本发明的每个检测铁心单元(4)和每个检测绕组单元(5)都间隔设置在初级右侧的机壳(1)的内侧壁上，每相检测绕组(9)都由偶数个检测绕组单元(5)组成，所有相检测绕组(9)的尾端都连接为一点，作为中性点，每相检测绕组(9)的中间点作为反电势检测输出端，每相检测绕组(9)的首端作为电感检测输出端。本发明能够检测动子的位置、速度、磁链等参数、既降低了系统的成本和体积、增加了多种控制功能、提高了电机控制系统的稳定性和可靠性。

Description

一种具有检测绕组的圆筒形直线电机
技术领域
本发明涉及一种具有相邻相耦合检测绕组和相邻相解耦检测绕组的圆筒形直线电机。
背景技术
传统的直线电机驱动控制系统通常采用磁栅尺或光栅尺传感器检测电机的动子位置及直线运动速度，以构成闭环控制系统对电机进行反馈控制。采用磁栅尺或光栅尺传感器虽然能够精确地检测电机动子的位置及速度，但同时也会增加系统的成本和体积，降低驱动系统的可靠性，而且磁栅尺或光栅尺很难在圆筒形的密闭结构，特别是长行程的直线电机中安装使用。
发明内容
本发明为解决传统直线电机的驱动控制系统存在的成本较高、体积较大、可靠性较低、难以在圆筒形密闭结构中安装使用的问题，提供一种具有检测绕组的圆筒形直线电机。本发明由机壳1、多个电枢铁心单元2、多个电枢绕组单元3、多个检测铁心单元4、多个检测绕组单元5、多个永磁体6、多个导磁环7、机轴8和检测绕组9组成，每个电枢铁心单元2和每个电枢绕组单元3都依次间隔设置在机壳1的内侧壁上，每个永磁体6和每个导磁环7沿机轴8都依次间隔设置在机轴8上，多个电枢铁心单元2和多个电枢绕组单元3组成的初级与多个永磁体6和多个导磁环7组成的次级之间形成气隙10，每个检测铁心单元4和每个检测绕组单元5都间隔设置在初级右侧的机壳1的内侧壁上，每相检测绕组9都由偶数个检测绕组单元5组成，所有相检测绕组9的尾端都连接为一点，作为中性点，每相检测绕组9的中间点作为反电势检测输出端，每相检测绕组9的首端作为电感检测输出端，共有2m+1个电感检测输出端，m为电机的相数。
本发明还提供了另一个技术方案，它由机壳1、多个电枢铁心单元2、多个电枢绕组单元3、多个检测铁心单元4、多个检测绕组单元5、多个永磁体6、多个导磁环7、机轴8和检测绕组9组成，每个永磁体6和每个导磁环7都依次间隔的设置在机壳1的内侧壁上，每个电枢铁心单元2和每个电枢绕组单元3都依次间隔的设置在机轴8上，多个电枢铁心单元2和多个电枢绕组单元3组成的初级与多个永磁体6和多个导磁环7组成的次级之间形成气隙10，每个检测铁心单元4和每个检测绕组单元5都沿机轴8间隔设置在初级右侧的机轴8上，每相检测绕组9都由偶数个检测绕组单元5组成，所有相检测绕组9的尾端都连接为一点，作为中性点，每相检测绕组9的中间点作为反电势检测输出端，每相检测绕组9的首端作为电感检测输出端，共有2m+1个电感检测输出端，m为电机的相数。
本发明的有益效果是：本发明在圆筒形直线电机的初级上增加了检测绕组，较易在圆筒形的密闭结构中安装使用，该检测绕组与信号处理单元配合，通过对绕组电感及反电势的检测，不仅能够实现间接检测电机动子的位置及速度，还能够实现磁链等电动机参数的在线检测，为电机的高效率控制、最大推力控制以及弱磁控制的实现提供参数，从而既降低了系统的成本和体积，又增加了多种控制功能，提高了电机控制系统的稳定性和可靠性。
附图说明
图1是本发明具体实施方式一的整体结构示意图；图2是本发明具体实施方式三的整体结构示意图；图3是本发明具体实施方式四的整体结构示意图；图4是本发明具体实施方式六的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1，本实施方式由机壳1、多个电枢铁心单元2、多个电枢绕组单元3、多个检测铁心单元4、多个检测绕组单元5、多个永磁体6、多个导磁环7、机轴8和检测绕组9组成，每个电枢铁心单元2和每个电枢绕组单元3都依次间隔设置在机壳1的内侧壁上，每个永磁体6和每个导磁环7都沿机轴8依次间隔设置在机轴8上，多个电枢铁心单元2和多个电枢绕组单元3组成的初级与多个永磁体6和多个导磁环7组成的次级之间形成气隙10，每个检测铁心单元4和每个检测绕组单元5都间隔设置在初级右侧的机壳1的内侧壁上，每相检测绕组9都由偶数个检测绕组单元5组成，所有相检测绕组9的尾端都连接为一点，作为中性点，每相检测绕组9的中间点作为反电势检测输出端，每相检测绕组9的首端作为电感检测输出端，共有2m+1个电感检测输出端，m为电机的相数。
所述检测绕组9是多相对称绕组，当检测绕组9是两相对称绕组时，每相邻两相检测绕组9的轴线之间的距离等于
Figure S2007101446306D00031
或
Figure S2007101446306D00032
倍的相邻两个永磁体6之间的极距，k为自然数；当检测绕组9是两相对称绕组时，检测绕组9的相数与电枢绕组单元3的相数相等。
动子位置与速度检测原理：对于具有内嵌永磁体动子的直线同步电机，绕组电感可表示为：
L＝L0+L2cos(2πs/τ)
其中L0表示电感的平均值；L2表示电感的二次谐波幅值；τ表示次级永磁体的极距；s表示动子直轴与绕组轴线之间的位移。
根据绕组电感公式可知绕组电感与动子位置之间具有对用的函数关系，因此通过检测绕组电感可以间接检测动子的位置。
对于动子的速度v可以通过对动子的位移微分后求得，即：
v＝ds/dt
直线电机检测绕组的相电动势(反电势)EΦ为：
EΦ＝4.44fNkwΦ
其中f表示电动势的频率；N表示每相检测绕组的串联匝数；kw表示绕组因数；Φ表示每极磁通量。
每相绕组交链的磁链Ψ为：
Ψ＝NkwΦ
动子的速度v与电动势的频率f之间的关系为：
V＝2fτ
因此通过计算检测绕组的反电动势，既可以得到与初级绕组交链的磁链，又可以得到动子运动的速度。
具体实施方式二：参见图1，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于多个检测铁心单元4和多个检测绕组单元5都依次间隔的设置在机壳1的内侧壁上，每相邻的两个检测绕组单元5的轴线之间的距离等于或
Figure S2007101446306D00034
倍的相邻两个永磁体6之间的极距，k为自然数，所述每相检测绕组9由不相邻的偶数个检测绕组单元5串联组成，每相检测绕组9的相串联的两个检测绕组单元5之间的距离等于两倍的相邻两个永磁体6之间的极距。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：参见图2，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于多个检测铁心单元4和多个检测绕组单元5都按三个检测铁心单元4和两个检测绕组单元5为一组的形式依次间隔设置在机壳1的内侧壁上，所述每相检测绕组9由偶数个检测绕组单元5串联组成，每相检测绕组9的相邻的两个检测绕组单元5之间的距离等于相邻两个永磁体6之间的极距，每相邻的两相检测绕组9的轴线之间的距离等于倍的相邻两个永磁体6之间的极距，k为自然数。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：参见图3，本实施方式由机壳1、多个电枢铁心单元2、多个电枢绕组单元3、多个检测铁心单元4、多个检测绕组单元5、多个永磁体6、多个导磁环7、机轴8和检测绕组9组成，每个永磁体6和每个导磁环7都依次间隔设置在机壳1的内侧壁上，每个电枢铁心单元2和每个电枢绕组单元3都依次间隔的设置在机轴8上，多个电枢铁心单元2和多个电枢绕组单元3组成的初级与多个永磁体6和多个导磁环7组成的次级之间形成气隙10，每个检测铁心单元4和每个检测绕组单元5都沿机轴8间隔设置在初级右侧的机轴8上，每相检测绕组9都由偶数个检测绕组单元5组成，所有相检测绕组9的尾端都连接为一点，作为中性点，每相检测绕组9的中间点作为反电势检测输出端，每相检测绕组9的首端作为电感检测输出端，共有2m+1个电感检测输出端，m为电机的相数。所述检测绕组9是多相对称绕组，当检测绕组9是两相对称绕组时，每相邻两相检测绕组9的轴线之间的距离等于
Figure S2007101446306D00051
或
Figure S2007101446306D00052
倍的相邻两个永磁体6之间的极距，k为自然数；当检测绕组9是两相对称绕组时，检测绕组(9)的相数与电枢绕组单元3的相数相等。
具体实施方式五：参见图3，本实施方式与具体实施方式四的不同点在于多个检测铁心单元4和多个检测绕组单元5都依次间隔的设置在机轴8上，每相邻的两个检测绕组单元5的轴线之间的距离等于
Figure S2007101446306D00053
或
Figure S2007101446306D00054
倍的相邻两个永磁体6之间的极距，k为自然数，所述每相检测绕组9都由不相邻的偶数个检测绕组单元5串联组成，每相检测绕组9的相串联的两个检测绕组单元5的轴线之间的距离等于两倍的相邻两个永磁体6之间的极距。其它组成和连接关系与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：参见图4，本实施方式与具体实施方式四的不同点在于多个检测铁心单元4和多个检测绕组单元5都按三个检测铁心单元4和两个检测绕组单元5为一组的形式设置在机轴8上，所述每相检测绕组9都由偶数个检测绕组单元5串联组成，每相检测绕组9的相邻的两个检测绕组单元5的轴线之间的距离等于相邻两个永磁体6之间的极距，每相邻的两相检测绕组9的轴线之间的距离等于
Figure S2007101446306D00055
或倍的相邻两个永磁体6之间的极距，k为自然数。其它组成和连接关系与具体实施方式四相同。

Claims (10)

1.一种具有检测绕组的圆筒形直线电机，它由机壳(1)、多个电枢铁心单元(2)、多个电枢绕组单元(3)、多个检测铁心单元(4)、多个检测绕组单元(5)、多个永磁体(6)、多个导磁环(7)、机轴(8)和检测绕组(9)组成，每个电枢铁心单元(2)和每个电枢绕组单元(3)都依次间隔设置在机壳(1)的内侧壁上，每个永磁体(6)和每个导磁环(7)都沿机轴(8)依次间隔设置在机轴(8)上，多个电枢铁心单元(2)和多个电枢绕组单元(3)组成的初级与多个永磁体(6)和多个导磁环(7)组成的次级之间形成气隙(10)，其特征在于每个检测铁心单元(4)和每个检测绕组单元(5)都间隔设置在初级右侧的机壳(1)的内侧壁上，每相检测绕组(9)都由偶数个检测绕组单元(5)组成，所有相检测绕组(9)的尾端都连接为一点，作为中性点，每相检测绕组(9)的中间点作为反电势检测输出端，每相检测绕组(9)的首端作为电感检测输出端，共有2m+1个电感检测输出端，m为电机的相数。
2.根据权利要求1所述的一种具有检测绕组的圆筒形直线电机，其特征在于所述检测绕组(9)是多相对称绕组，检测绕组(9)的相数与电枢绕组单元(3)的相数相等。
3.根据权利要求1所述的一种具有检测绕组的圆筒形直线电机，其特征在于所述检测绕组(9)是两相对称绕组，每相邻两相检测绕组(9)的轴线之间的距离等于
Figure S2007101446306C00011
或
Figure S2007101446306C00012
倍的相邻两个永磁体(6)之间的极距，k为自然数。
4.根据权利要求1所述的一种具有检测绕组的圆筒形直线电机，其特征在于每个检测铁心单元(4)和每个检测绕组单元(5)都依次间隔设置在机壳(1)的内侧壁上，每相邻的两个检测绕组单元(5)的轴线之间的距离等于
Figure S2007101446306C00013
或
Figure S2007101446306C00014
倍的相邻两个永磁体(6)之间的极距，k为自然数，所述每相检测绕组(9)由不
相邻的偶数个检测绕组单元(5)串联组成，每相检测绕组(9)的相串联的两个检测绕组单元(5)之间的距离等于两倍的相邻两个永磁体(6)之间的极距。
5.根据权利要求1所述的一种具有检测绕组的圆筒形直线电机，其特征在于每个检测铁心单元4和每个检测绕组单元5都按三个检测铁心单元4和两个检测绕组单元5为一组的形式依次间隔设置在机壳1的内侧壁上，所述每相检测绕组9由偶数个检测绕组单元5串联组成，每相检测绕组9的相邻的两个检测绕组单元5之间的距离等于相邻两个永磁体6之间的极距，每相邻的两相检测绕组9的轴线之间的距离等于或
Figure S2007101446306C00022
倍的相邻两个永磁体6之间的极距，k为自然数。
6.一种具有检测绕组的圆筒形直线电机，它由机壳(1)、多个电枢铁心单元(2)、多个电枢绕组单元(3)、多个检测铁心单元(4)、多个检测绕组单元(5)、多个永磁体(6)、多个导磁环(7)、机轴(8)和检测绕组(9)组成，每个永磁体(6)和每个导磁环(7)都依次间隔的设置在机壳(1)的内侧壁上，每个电枢铁心单元(2)和每个电枢绕组单元(3)都依次间隔的设置在机轴(8)上，多个电枢铁心单元(2)和多个电枢绕组单元(3)组成的初级与多个永磁体(6)和多个导磁环(7)组成的次级之间形成气隙(10)，其特征在于每个检测铁心单元(4)和每个检测绕组单元(5)都沿机轴(8)间隔设置在初级右侧的机轴(8)上，每相检测绕组(9)都由偶数个检测绕组单元(5)组成，所有相检测绕组(9)的尾端都连接为一点，作为中性点，每相检测绕组(9)的中间点作为反电势检测输出端，每相检测绕组(9)的首端作为电感检测输出端，共有2m+1个电感检测输出端，m为电机的相数。
7.根据权利要求6所述的一种具有检测绕组的圆筒形直线电机，其特征在于所述检测绕组(9)是多相对称绕组，检测绕组(9)的相数与电枢绕组单元(3)的相数相等。
8.根据权利要求6所述的一种具有检测绕组的圆筒形直线电机，其特征在于所述检测绕组(9)是两相对称绕组，每相邻两相检测绕组(9)的轴线之间的距离等于
Figure S2007101446306C00031
或倍的相邻两个永磁体(6)之间的极距，k为自然数。
9.根据权利要求6所述的一种具有检测绕组的圆筒形直线电机，其特征在于多个检测铁心单元(4)和多个检测绕组单元(5)都依次间隔的设置在机轴(8)上，每相邻的两个检测绕组单元(5)的轴线之间的距离等于或
Figure S2007101446306C00034
倍的相邻两个永磁体(6)之间的极距，k为自然数，所述每相检测绕组(9)都由不相邻的偶数个检测绕组单元(5)串联组成，每相检测绕组(9)的相串联的两个检测绕组单元(5)的轴线之间的距离等于两倍的相邻两个永磁体(6)之间的极距。
10.根据权利要求6所述的一种具有检测绕组的圆筒形直线电机，其特征在于多个检测铁心单元(4)和多个检测绕组单元(5)都按三个检测铁心单元(4)和两个检测绕组单元(5)为一组的形式设置在机轴(8)上，所述每相检测绕组(9)都由偶数个检测绕组单元(5)串联组成，每相检测绕组(9)的相邻的两个检测绕组单元(5)的轴线之间的距离等于相邻两个永磁体(6)之间的极距，每相邻的两相检测绕组(9)的轴线之间的距离等于
Figure S2007101446306C00035
或
Figure S2007101446306C00036
倍的相邻两个永磁体(6)之间的极距，k为自然数。
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