CN101984551B - 扩大直线电机推力输出范围的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种扩大直线电机推力输出范围的方法，包括：1）将一个或一个以上同轴的直线电机的次级固定；2）将两个或两个以上的直线电机的初级相连并设于所述的次级上，每个初级均与各自的数控伺服驱动器相连；3）当需要获得推力大于一个直线电机的最大输出推力时，通过各数控伺服驱动器同步、同向驱动各直线电机的初级，获得各直线电机推力之和；当需要获得的推力在一个直线电机的推力范围内时，通过数控伺服驱动器，驱动一个直线电机的初级即可；当所需获得推力小于一个直线电机的最小有效推力时，通过一个数控伺服驱动器驱动对应的直线电机的初级，获得正向推力，通过另一个数控伺服驱动器驱动对应的直线电机的初级，获得反向推力；本发明能避免因输出推力不受控而产生爬行、振动等问题。

Description

扩大直线电机推力输出范围的方法
技术领域
  本发明涉及一种扩大直线电机推力输出范围的方法。
背景技术
直线电机广泛用于各种精密机床的传动系统中，它包括初级、次级和与初级相连的数控伺服驱动器，通过数控伺服驱动器控制初级输入电流的大小和方向，可控制直线电机输出推力的大小和方向；任何直线电机均有有效输出范围，其最大和最小有效推力之间有一定的必然联系，如图1所示，F1和F2分别为较大推力和较小推力的直线电机的推力输出范围，相比于F2，当F1的最大推力F1max提高时，其对应的最小有效推力F1min相对于F2min也要随之提高，这是由伺服驱动器控制域（范围）、数控系统、反馈控制等软硬件自身特点决定的。常见的直线电机，最大与最小推力之比约为50—90倍左右。因此，应用大推力直线电机时，需要精确控制输出力的变化范围大于50至90倍时，如所需的负载推力区域为F3，则存在较大推力的直线电机应用中不可控的小负载区域F4，如果不解决此瓶颈就会因推力在此区域不受控而产生爬行、振动等问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种扩大直线电机推力输出范围的方法，它能扩大直线电机可控的推力输出范围，避免因输出推力不受控而产生爬行、振动等问题。
为达到上述目的，本发明的扩大直线电机推力输出范围的方法，包括以下步骤：1）将一个或一个以上同轴的直线电机的次级固定，其特征在于还包括：2）将两个或两个以上的直线电机的初级相连并设于所述的次级上，根据行程需要，所有直线电机的初级可以装于同一次级上，也可设于不同的次级上，每个初级均与各自的数控伺服驱动器相连；3）当需要获得推力大于一个直线电机的最大输出推力时，通过各数控伺服驱动器同步、同向驱动各直线电机的初级，获得各直线电机推力之和；当需要获得的推力在一个直线电机的推力范围内时，通过数控伺服驱动器，驱动一个直线电机的初级即可获所需要的推力；当所需获得推力小于一个直线电机的最小有效推力时，通过一个数控伺服驱动器驱动对应的直线电机的初级，获得正向推力，通过另一个数控伺服驱动器驱动对应的直线电机的初级，获得反向推力，使正反两个直线电机输出推力均在控制范围之内，同时，正反两个直线电机输出推力之差正好是所需要的推力，这样，反向工作的直线电机起到了阻尼推力的作用，可实现更低的最小有效推力。
相比于使用一个大推力直线电机，本发明在达到相同或更大最大推力的同时，还能实现更低的最小有效推力，从而达到扩展直线电机可控推力输出范围的目的，避免因无法获得精确控制的小推力而产生爬行和振动。
附图说明
图1为现有两种直线电机推力范围及所需负载推力的坐标对比图。
图2为使用本发明实施例一的直线电机的结构简图。
图3为图2中直线电机推力范围及所需负载推力的坐标对比图。
图4为使用本发明实施例二的直线电机的结构简图。
具体实施方式
  下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图2所示，该实施例的扩大直线电机推力输出范围的方法，包括以下步骤：1）将直线电机的一个直线形次级1固定； 2）将两个直线电机的初级2和3通过连接板4相连并设于次级1上，每个初级2、3均与各自的数控伺服驱动器（未示出）相连；3）当需要获得推力大于一个直线电机的最大输出推力时，通过两数控伺服驱动器同步、同向驱动，使得对应的初级2或3获得同方向的推力；
当需要获得的推力在一个直线电机的推力范围内时，通过数控伺服驱动器，驱动一个直线电机的初级2或3获所需要的推力；
当所需获得推力小于一个直线电机的最小有效推力时，通过初级2的数控伺服驱动器驱动直线电机2，获得正向推力；通过初级3的数控伺服驱动器，驱动直线电机3，获得反向推力，使正反两个直线电机输出推力均在工作范围之内，同时，正反两个直线电机输出推力之差正好是所需要的推力，这样，反向工作的直线电机起到了阻尼推力的作用；
本实施例通过两个直线电机共用一个电机次级1，而它们的初级2、3则连接在一起；在要求负载推力大，推力变化范围很宽、且最小推力小于单个直线电机最小有效推力时，本直线电机分为两个较小推力的直线电机单独控制，如图3所示，两个较小推力的直线电机推力输出范围分别为F5和F6；在需要大推力时，通过各数控伺服驱动器同步驱动使得两初级获得同方向的推力，两直线电机同向出力，此时推力为L3区域；当需要获得精确控制的推力在一个直线电机输出范围内时，只需用一个数控伺服驱动器驱动对应的初级即可，此时推力为L2区域，相比于一个大推力直线电机的输出范围F1, 可获得的最小推力已经更小；当需要获得精确控制的推力小于一个直线电机有效推力时，通过各数控伺服驱动器同步驱动使得其中一个初级获得与另一初级反方向的推力，且两推力不等，较小的推力作为直线电机的阻尼力，达到精确控制小推力的状态，此时推力为L1区域，进一步扩展了直线电机可控推力输出范围，使用本发明的直线电机推力输出范围为F7，完全可以满足负载所需的推力区域F3。
综上所述，该实施例用两个推力相对较小的直线电机替代一个大推力的直线电机，一定程度上扩展了有效输出推力范围；用一个直线电机反向工作，作为阻尼力出现，可进一步扩展有效输出推力范围。如两直线电机的各参数均相同，精确控制的小推力可趋近于零，从而达到扩展直线电机可控推力输出范围的目的，避免因无法获得精确控制的小推力而产生爬行、振动问题。
实施例二
如图4所示，该实施例的与实施例一的区别仅在于：1）将两个同轴的直线电机的次级5和6固定，2）将两个直线电机的初级7和8通过连接板9相连并设于各自的次级5或6上，每个初级7、8均与各自的数控伺服驱动器（未示出）相连；后面的驱动方法与实施例一相同，可满足行程不同时的需要，并同样达到扩大直线电机可控推力输出范围的目的。
本发明不限于上述实施方式，如根据行程的不同，次级可分段设置为同轴的三个或更多，对应的初级数量也可增加；次级根据需要也可设置为环形，它们均属于本发明的保护范围。
本发明是来源于国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项中的 《高速龙门五轴加工中心（AC摆角）》课题（2009ZX04002-013）的研究成果。

Claims (1)

1.一种扩大直线电机推力输出范围的方法，包括以下步骤：1）将一个或一个以上同轴的直线电机的次级固定，其特征在于还包括：2）将两个或两个以上的直线电机的初级相连并设于所述的次级上，每个初级均与各自的数控伺服驱动器相连；3）当需要获得推力大于一个直线电机的最大输出推力时，通过各数控伺服驱动器同步、同向驱动各直线电机的初级，获得各直线电机推力之和；当需要获得的推力在一个直线电机的推力范围内时，通过数控伺服驱动器，驱动一个直线电机的初级即可获所需要的推力；当所需获得推力小于一个直线电机的最小有效推力时，通过一个数控伺服驱动器驱动对应的直线电机的初级，获得正向推力，通过另一个数控伺服驱动器驱动对应的直线电机的初级，获得反向推力，使正反两个直线电机输出推力均在控制范围之内，同时，正反两个直线电机输出推力之差正好是所需要的推力，这样，反向工作的直线电机起到了阻尼推力的作用。
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