CN103595218B - 电机动子不等区间变位移控制方式 - Google Patents

电机动子不等区间变位移控制方式 Download PDF

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一种电机动子不等区间变位移控制方式，属于机电控制研究领域，其特征在于是当单相动子绕组通电时，动子7运行四分之一定子极距9，当两相绕组同时通电时，动子7运行十二分之一定子极距9。单相动子绕组通电时间比两相动子绕组同时通电时间长，保证通电两相动子绕组在通电范围内都产生与运动方向一致的电磁推力，消除了两相中有一相产生反方向电磁推力的可能性，降低了控制难度，合力增大，效率提高。另一方面，单相动子绕组通电时动子运行的距离大于两相动子绕组同时通电时动子的运行距离，保证在两相动子绕组同时通电时，通电两相的动子齿12都没有与定子槽11对齐，这样就避免了其中一相绕组产生的电磁推力为零的情况。

Description

电机动子不等区间变位移控制方式
技术领域
本发明电机动子不等区间变位移控制方式，属于机电控制研究领域，具体来讲涉及一种能够克服动子绕组换相时电磁推力减小，从而保证电磁合力最大的直驱式开关磁阻平面电机动子位移控制的技术方案。
背景技术
直驱式开关磁阻平面电机可用于平面焊接机、大规模集成电路的加工与封装、印刷电路板制作、探针监视仪、平面测量仪、机器人驱动等领域。由于直驱式开关磁阻平面电机的定子和动子结构及其布置方式的复杂性，为了实现高精度的定位要求，必须对动子的运动进行精确控制。采用单相动子绕组通电的控制方式，存在动子电磁推力小、波动大、运行不平稳的问题，专利“直驱式开关磁阻平面电机动子位移控制方式（ZL201210060243.5）”属于“单相——两相”动子绕组等区间定位移控制方式，单相、两相动子绕组轮流通电，且运行区间位移相等，这种控制方式存在两个问题：第一，单相绕组通电结束后，动子应当运行到三相中某一相的动子齿中心线与定子槽中心线重合位置，此时应该给两相动子绕组通电，这需要精确地控制通电时间，如果单相动子绕组通电时间太短，会出现动子运动不到该位置的情况，此时给两相动子绕组通电，其中一相动子绕组就会产生与动子运动方向相反的反向电磁推力，造成电磁合力减小，甚至合力为零，使动子无法运动。第二，即使单相动子绕组通电结束时，动子运行到三相中某一相的动子齿中心线与定子槽中心线重合位置，此时给两相动子绕组通电，动子齿中心线与定子槽中心线重合的这一相产生的瞬间电磁推力为零，只有在另一相绕组产生的电磁推力和惯性的作用下，越过这一位置，它们才可以产生与运动方向相一致的电磁推力，若电磁推力或惯性力不足以克服摩擦力，动子则无法继续运动。总之，“单相——两相”动子绕组等区间定位移控制方式与单相动子绕组控制方式相比，虽然增大了电磁推力，但是仍然存在运行不平稳、可靠性差的问题，不能满足直驱式开关磁阻平面电机高速度、高平稳性、高可靠性的要求。
发明内容
本发明电机动子不等区间变位移控制方式，目的在于解决上述现有技术难以解决的问题，公开一种能够实现降低对动子绕组通电时刻高精度的要求，消除反向电磁推力，增大电磁合力，提高动子运行速度，保证运行平稳的一种直驱式开关磁阻平面电机动子位移控制方式的技术方案。
本发明电机动子不等区间变位移控制方式，其特征在于是一种单相动子绕组和两相动子绕组交替轮流通电，运行区间内动子运行距离互不相等，当单相动子绕组通电时，动子7运行四分之一定子极距9，当两相动子绕组同时通电时，动子7运行十二分之一定子极距9，动子7运动周期与定子极距9相等，将每个周期分为六个距离不等的运行区间，由动子7相对于定子8的六个不同位置来确定动子绕组的通电状态，当动子7在x方向运动时，不同运行区间对应的动子绕组通电相序见表1所示。
表1动子7在x方向运动时“单相—两相”变位移控制动子绕组通电顺序
当动子7在x方向向右运动时，动子绕组通电顺序为：
第一步：A相动子齿12与定子齿10对齐为初始位置，XC相动子绕组1通电，动子7向右运动四分之一定子极距9（见图3）；
第二步：XC相动子绕组1和XB相动子绕组2同时通电，动子7向右运动十二分之一定子极距9（见图4）；
第三步：XB相动子绕组2通电，动子7向右运动四分之一定子极距9（见图5）；
第四步：XB相动子绕组2和XA相动子绕组3同时通电，动子7向右运动十二分之一定子极距9（见图6）；
第五步：XA相动子绕组3通电，动子7向右运动四分之一定子极距9（见图7）；
第六步：XA相动子绕组3和XC相动子绕组1同时通电，动子7向右运动十二分之一定子极距9（见图8），以此循环往复；
当动子7在x方向向左运动时，动子绕组通电顺序为：XB相动子绕组2通电，XB相动子绕组2和XC相动子绕组1同时通电，XC相动子绕组1通电，XC相动子绕组1和XA相动子绕组3同时通电，XA相动子绕组3通电，XA相动子绕组3和XB相动子绕组2同时通电，以此循环往复；
当动子7在y方向向右运动时，动子绕组通电顺序为：YC相动子绕组6通电，YC相动子绕组6和YB相动子绕组5同时通电，YB相动子绕组5通电，YB相动子绕组5和YA相动子绕组4同时通电，YA相动子绕组4通电，YA相动子绕组4和YC相动子绕组6同时通电，以此循环往复；
当动子7在y方向向左运动时，动子绕组通电顺序为：YB相动子绕组5通电，YB相动子绕组5和YC相动子绕组6同时通电，YC相动子绕组6通电，YC相动子绕组6和YA相动子绕组4同时通电，YA相动子绕组4通电，YA相动子绕组4和YB相动子绕组5同时通电，以此循环往复。
本发明电机动子不等区间变位移控制方式的优点在于：单相动子绕组通电和两相动子绕组同时通电的时间不同，运行区间内动子运行距离不同。当单相动子绕组通电时，动子7运行四分之一定子极距9，当两相动子绕组同时通电时，动子7运行十二分之一定子极距9。单相动子通电时间比两相同时通电时间长，可以保证通电的两相动子绕组在通电范围内都产生与运动方向一致的电磁推力，消除了两相中有一相产生反方向电磁推力的可能性，降低了控制难度，合力增大，效率提高。另一方面，单相动子绕组通电时动子运行的距离大于两相动子绕组同时通电时动子的运行距离，可以保证在两相动子绕组同时通电时，通电的两相动子齿12都没有与定子槽11对齐，这样就避免了其中一相动子绕组产生的电磁推力为零的情况，从而保证电磁推力的合力最大，平稳运行。可归纳为：
（1）两相动子绕组同时通电，增大了动子7的电磁推力，提高了动子7的运行速度。
（2）单相动子绕组通电时间比两相动子绕组同时通电时间长，可以保证在两相动子绕组同时通电时，通电两相动子绕组在通电范围内都产生与运动方向一致的电磁推力，消除了两相中有一相产生反方向电磁推力的可能性，降低了控制难度，电磁推力的合力增大，效率提高。
（3）单相动子绕组通电时动子运行的距离大于两相动子绕组同时通电时动子的运行距离，可以保证在两相动子绕组同时通电时，通电两相的动子齿12都没有与定子槽11对齐，这样就避免了其中一相绕组产生的电磁推力为零的情况，从而保证电磁推力的合力最大，平稳运行。
附图说明
图1直驱式开关磁阻平面电机结构
1——XC相动子绕组；2——XB相动子绕组；3——XA相动子绕组；
4——YA相动子绕组；5——YB相动子绕组；6——YC相动子绕组；
7——动子；8——定子
图2定子极距示意图
9——定子极距
图3XC相动子绕组1通电时动子位置
10——定子齿；11——定子槽；12——动子齿
图4XC相动子绕组1和XB相动子绕组2同时通电时动子位置
图5XB相动子绕组2通电时动子位置
图6XB相动子绕组2和XA相动子绕组3同时通电时动子位置
图7XA相动子绕组3通电时动子位置
图8XA相动子绕组3和XC相动子绕组1同时通电时动子位置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的工作原理进一步详细说明。
实施方式1
动子7的位移运动按照周期性变化，运动周期与定子极距9相等，为12mm，将每个周期分为六个运行区间，由动子7相对于定子8的六个不同位置来确定动子绕组的通电状态。
动子7在x方向向右运动或向左运动时动子绕组通电顺序见表2所示。
表2定子极距为6mm时“单相—两相”变位移控制动子绕组通电顺序
区域 位置范围（mm） 向右运动时通电相序 向左运动时通电相序
1 0～3 XC XB
2 3～4 XC、XB XB、XC
3 4～7 XB XC
4 7～8 XB、XA XC、XA
5 8～11 XA XA
6 11～12 XA、XC XA、XB
当动子7在x方向向右运动时，动子绕组通电顺序为：
第一步：A相动子齿12与定子齿10对齐为初始位置，XC相动子绕组1通电，动子7向右运动四分之一定子极距9，为3mm；
第二步：XC相动子绕组1和XB相动子绕组2同时通电，动子7向右运动十二分之一定子极距9，为1mm；
第三步：XB相动子绕组2通电，动子7向右运动四分之一定子极距9，为3mm；
第四步：XB相动子绕组2和XA相动子绕组3同时通电，动子7向右运动十二分之一定子极距9，为1mm；
第五步：XA相动子绕组3通电，动子7向右运动四分之一定子极距9，为3mm；
第六步：XA相动子绕组3和XC相动子绕组1同时通电，动子7向右运动十二分之一定子极距9，为1mm，以此循环往复；
当动子7在x方向向左运动时，动子绕组通电顺序为：XB相动子绕组2通电，动子向左运动3mm，XB相动子绕组2和XC相动子绕组1同时通电，动子向左运动1mm，XC相动子绕组1通电，动子向左运动3mm，XC相动子绕组1和XA相动子绕组3同时通电，动子向左运动1mm，XA相动子绕组3通电，动子向左运动3mm，XA相动子绕组3和XB相动子绕组2同时通电，动子向左运动1mm，以此循环往复；
当动子7在y方向向右运动时，动子绕组通电顺序为：YC相动子绕组6通电，动子向右运动3mm，YC相动子绕组6和YB相动子绕组5同时通电，动子向右运动1mm，YB相动子绕组5通电，动子向右运动3mm，YB相动子绕组5和YA相动子绕组4同时通电，动子向右运动1mm，YA相动子绕组4通电，动子向右运动3mm，YA相动子绕组4和YC相动子绕组6同时通电，动子向右运动1mm，以此循环往复；
当动子7在y方向向左运动时，动子绕组通电顺序为：YB相动子绕组5通电，动子向左运动3mm，YB相动子绕组5和YC相动子绕组6同时通电，动子向左运动1mm，YC相动子绕组6通电，动子向左运动3mm，YC相动子绕组6和YA相动子绕组4同时通电，动子向左运动1mm，YA相动子绕组4通电，动子向左运动3mm，YA相动子绕组4和YB相动子绕组5同时通电，动子向左运动1mm，以此循环往复。
实施方式2
动子7的位移运动按照周期性变化，运动周期与定子极距9相等，为24mm，将每个周期分为六个运行区间，由动子7相对于定子8的六个不同位置来确定动子绕组的通电状态。
动子7在x方向向右运动或向左运动时动子绕组通电顺序见表3所示。
表3定子极距为24mm时“单相—两相”变位移控制动子绕组通电顺序
区域 位置范围（mm） 向右运动时通电相序 向左运动时通电相序
1 0～5 XC XB
2 5～8 XC、XB XB、XC
3 8～13 XB XC
4 13～16 XB、XA XC、XA
5 16～21 XA XA
6 21～24 XA、XC XA、XB
当动子7在x方向向右运动时，动子绕组通电顺序为：
第一步：A相动子齿12与定子齿10对齐为初始位置，XC相动子绕组1通电，动子7向右运动四分之一定子极距9，为6mm；
第二步：XC相动子绕组1和XB相动子绕组2同时通电，动子7向右运动十二分之一定子极距9，为2mm；
第三步：XB相动子绕组2通电，动子7向右运动四分之一定子极距9，为6mm；
第四步：XB相动子绕组2和XA相动子绕组3同时通电，动子7向右运动十二分之一定子极距9，为2mm；
第五步：XA相动子绕组3通电，动子7向右运动四分之一定子极距9，为6mm；
第六步：XA相动子绕组3和XC相动子绕组1同时通电，动子7向右运动十二分之一定子极距9，为2mm，以此循环往复；其它同实施方式1。
实施方式3
动子7的位移运动按照周期性变化，运动周期与定子极距9相等，为36mm，将每个周期分为六个运行区间，由动子7相对于定子8的六个不同位置来确定动子绕组的通电状态。
动子7在x方向向右运动或向左运动时动子绕组通电顺序见表4所示。
表4定子极距为36mm时“单相—两相”变位移控制动子绕组通电顺序
区域 位置范围（mm） 向右运动时通电相序 向左运动时通电相序
1 0～9 XC XB
2 9～12 XC、XB XB、XC
3 12～21 XB XC
4 21～24 XB、XA XC、XA
5 24～33 XA XA
6 33～36 XA、XC XA、XB
当动子7在x方向向右运动时，动子绕组通电顺序为：
第一步：A相动子齿12与定子齿10对齐为初始位置，XC相动子绕组1通电，动子7向右运动四分之一定子极距9，为9mm；
第二步：XC相动子绕组1和XB相动子绕组2同时通电，动子7向右运动十二分之一定子极距9，为3mm；
第三步：XB相动子绕组2通电，动子7向右运动四分之一定子极距9，为9mm；
第四步：XB相动子绕组2和XA相动子绕组3同时通电，动子7向右运动十二分之一定子极距9，为3mm；
第五步：XA相动子绕组3通电，动子7向右运动四分之一定子极距9，为9mm；
第六步：XA相动子绕组3和XC相动子绕组1同时通电，动子7向右运动十二分之一定子极距9，为3mm，以此循环往复；其它同实施方式1。

Claims (1)

1.电机动子不等区间变位移控制方式，其特征在于是一种单相动子绕组和两相动子绕组交替轮流通电，运行区间内运行距离互不相等，当单相动子绕组通电时，动子（7）运行四分之一定子极距（9），当两相动子绕组同时通电时，动子（7）运行十二分之一定子极距（9），动子（7）运动周期与定子极距（9）相等，将每个周期分为六个距离不等的运行区间，由动子（7）相对于定子（8）的六个不同位置来确定动子绕组的通电状态 ；
当动子（7）在x方向向右运动时，动子绕组通电顺序为：
第一步：A相动子齿（12）与定子齿（10）对齐为初始位置，XC相动子绕组（1）通电，动子（7）向右运动四分之一定子极距（9）；
第二步：XC相动子绕组（1）和XB相动子绕组（2）同时通电，动子（7）向右运动十二分之一定子极距（9）；
第三步：XB相动子绕组（2）通电，动子（7）向右运动四分之一定子极距（9）；
第四步：XB相动子绕组（2）和XA相动子绕组（3）同时通电，动子（7）向右运动十二分之一定子极距（9）；
第五步：XA相动子绕组（3）通电，动子（7）向右运动四分之一定子极距（9）；
第六步：XA相动子绕组（3）和XC相动子绕组（1）同时通电，动子（7）向右运动十二分之一定子极距（9），以此循环往复；
当动子（7）在x方向向左运动时，动子绕组通电顺序为： XB相动子绕组（2）通电，XB相动子绕组（2）和XC相动子绕组（1）同时通电，XC相动子绕组（1）通电，XC相动子绕组（1）和XA相动子绕组（3）同时通电，XA相动子绕组（3）通电，XA相动子绕组（3）和XB相动子绕组（2）同时通电，以此循环往复；
当动子（7）在y方向向右运动时，动子绕组通电顺序为：YC相动子绕组（6）通电，YC相动子绕组（6）和YB相动子绕组（5）同时通电，YB相动子绕组（5）通电，YB相动子绕组（5）和YA相动子绕组（4）同时通电，YA相动子绕组（4）通电，YA相动子绕组（4）和YC相动子绕组（6）同时通电，以此循环往复；
当动子（7）在y方向向左运动时，动子绕组通电顺序为：YB相动子绕组（5）通电，YB相动子绕组（5）和YC相动子绕组（6）同时通电，YC相动子绕组（6）通电，YC相动子绕组（6）和YA相动子绕组（4）同时通电，YA相动子绕组（4）通电，YA相动子绕组（4）和YB相动子绕组（5）同时通电，以此循环往复。
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