CN103715975B - 一种控制平面电机线圈电流快速切换的装置 - Google Patents
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Abstract
一种控制平面电机线圈电流快速切换的装置，包含控制区和电子开关阵列区。控制区根据平面电机供电需求给出控制指令，控制电子开关做出相应开关动作。按照行列方式排布控制区的多路输出线路，每个行列交点位置布置一个电子开关，每个电子开关由行、列两个指令控制闭合或者断开，每个开关连接一个或者多个线圈。本发明可以通过实际需求设定开关阵列的大小，结构柔性高，同时能够减少所需控制端口的数量，进而能够适用于不同类型平面电机。
Description
技术领域
本发明涉及一种平面电机线圈快速电流切换的装置，特别涉及一种线圈供电的切换装置。
背景技术
集成电路（IntegratedCircuit,简称IC）产业是关系一个国家的国家利益、国防安全和国际地位的战略产业。集成电路技术水平的高低已经成为衡量一个国家现代化水平和综合国力的标志。作为集成电路（IC）核心技术之一的IC装备技术则是发展集成电路产业乃至信息技术产业的重要基础和战略关键。
磁浮平面电机直接驱动单一动子做2D平面运动，避免了直线电机串联叠层结构，能够降低运动台质量。平面电机从结构上有两种不同的形式：动圈式平面电机和动铁式平面电机。对动圈式平面电机而言，由于需要给运动中的线圈提供电源及冷却系统，即需要有电缆与动子衔接，这给结构设计及电机的工作带来很大的不便，同时也会增加线缆对动子的运动干扰。而动铁式平面电机不会存在这样的问题，能够显著提高运动精度。但是此种结构的平面电机也存在缺点：随着线圈数量的增加，所需驱动器也随之增加，极大得提升了成本。因此，亟需一种能够减少驱动器数量，又能保证电机大行程运动的电流切换装置。
发明内容
本发明旨在提供一种控制平面电机线圈电流快速切换的装置,目的在于提供一种实现线圈电流快速切换的装置，按照需求将所需线圈接入电路或者从电路中断开，解决动铁式平面电机对驱动器数量需求较多的问题。
本发明的技术方案如下：
一种控制平面电机线圈电流快速切换的装置，含有电子开关阵列区，电子开关阵列区含有多个电子开关，每个电子开关的一端连接线圈，另一端连接电源或驱动器；该装置含有控制区，所述的控制区含有控制模块；所述的控制模块含有可编程单元，所述的可编程单元内存有控制程序；所述的控制模块含有多路输出线路，所述的多路输出线路分为多行输出线路和多列输出线路，在每路行输出线路和每路列输出线路的交点位置安装一个电子开关，控制模块发出的控制指令通过行输出线路和列输出线路控制电子开关的闭合或断开；所述的控制模块含有通讯接口；
上述技术方案中，所述的每个驱动器连接的电子开关的数量为一个或者多个,所述的每个电子开关连接的线圈的数量为一个。
每个电子开关含有逻辑门电路、隔离电路、推挽电路和场效应管电路；所述的逻辑门电路的输出端与隔离电路的输入端相连，隔离电路的输出端与推挽电路的输入端相连，推挽电路的输出端与场效应管电路的输入端相连,场效应管电路一端连接驱动器或电源，另一端连接线圈；所述的逻辑门电路为“与逻辑”门电路、“或逻辑”门电路、“与非逻辑”门电路、“或非逻辑”门电路、“同或逻辑”门电路和“异或逻辑”门电路中的一种或者多种组合；所述的逻辑门电路与隔离电路之间布置锁存电路。
所述的控制模块采用PC机、工控机、现场可编程门阵列和可编程控制器中的一种或多种组合。
所述的通讯接口为串行接口、并行接口、USB接口、光纤接口和以太网接口中的一种或者多种组合。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：本发明所述的平面电机线圈电流快速切换的装置，采用多组电子开关组成开关阵列，每个电子开关由行、列两路指令控制闭合或断开，通过该种布置方式大大减少了控制输出接口的数量，降低了成本。控制模块具有多路输出，能够控制多组电子开关按照规定动作，同时通过通讯接口与外部进行通讯，进而实现线圈按照预定规律的通电与断电。
附图说明
图1为本发明所述控制平面电机线圈电流快速切换的装置整体结构示意图。
图2为表示电子开关的一种连接结构。
图3为本发明所述控制平面电机线圈电流快速切换的装置实现的一种线圈通电方式。
图4表示电子开关组成。
图5表示电子开关另外一种组成方式。
图6为控制模块的一种工作方式。
图中：1－控制区；2－电子开关阵列区；3－控制模块；4－电子开关；5－逻辑门电路；6－隔离电路；7－推挽电路；8－场效应管电路；9－锁存电路；10－通讯接口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理、结构和具体实施方式做进一步的说明。
图1为本发明所述控制平面电机线圈电流快速切换的装置整体结构示意图。控制模块3具有多路输出线路OUTR1-OUTRm，OUTC1-OUTCn，将上述输出线路按照行列布置，其中OUTR1-OUTRm为行输出线路，m为正整数，OUTC1-OUTCn为列输出线路，n为正整数，m、n不一定相等。在行输出线路和列输出线路交点位置上布置一个电子开关4，每个电子开关4有两路控制信号接收端，分别与一个行输出线路和一个列输出线路相连接，用于接收由行输出线路给出的行控制指令1和列输出线路给出的列控制指令2，如图4所示；两路控制指令通过逻辑门电路5进行运算，该运算结果决定开关的状态；利用行列两路控制信号共同作用决定打开或者关闭电子开关，减少了对控制模块3的输出线路的数量需求。每个电子开关4的一端接线圈，另一端接驱动器或电源，电子开关在行控制指令1和列控制指令2的作用下，实现闭合或断开，从而将线圈从电源或驱动器上接通或断开。
为适应不同应用场合，控制模块3内部含有可编程模块，根据实际需要对其进行编程。工作时，控制模块根据通讯接口10接收到的指令，并利用内部存储的程序，确定多路输出线路的控制指令，进而控制多路电子开关；控制模块3也可直接根据内部程序确定各路输出线路的控制指令；PC机、工控机、现场可编程门阵列或者可编程控制器具有多路输出线路，并且能够通过编程实现需要的逻辑功能，能够满足对输出线路数量的要求。因此控制模块3可以采用PC机、工控机、现场可编程门阵列和可编程控制器中的一种或多种组合；通讯接口10负责控制模块3与外部进行通讯的工作，既能够接收指令，也可以发送指令。通讯接口10可以采用串行接口、并行接口、USB接口、光纤接口和以太网接口中的一种或者多种组合。其中串行接口可以用于对速度要求较低的情况；而并行接口能够提供较快的传输速度；USB接口能够提高较高的传输速度；光纤传输方式则能提供更远距离、更稳定的信号传输，适用于更精密的场合；以太网接口也能提供高速远距离的传输方式。
图2表示电子开关的连接方式，第一驱动器接入j路电子开关，j为正整数，每路电子开关连接一个线圈,电子开关接收控制模块3的控制指令进行动作，将需要的线圈与第一驱动器接通；根据实际需要和驱动器功率将一个或者多个线圈与第一驱动器接通；原则上每次最多有一个线圈接入第一驱动器；若驱动器功能与功率允许可以将多个线圈同时接入，进行多线圈通电。
图3给出了本发明所述控制平面电机线圈电流快速切换的装置的一种通电方式。图中所示“0”和“1”分别为低电平和高电平，低电平表示开关断开，高电平表示开关闭合；电子开关4的逻辑门电路5为“与逻辑”门电路，因此当且仅当行、列两路控制指令均为高电平时，行列交叉处电子开关4才会导通，如图3所示，图中○表示该位置处电子开关闭合，代表该位置处电子开关断开，从而形成了电子开关导通区和断开区；每个电子开关4一端连接一个线圈，另一端连接一个驱动器，因此闭合的电子开关4所连接的线圈呈通电状态，断开的电子开关4所连接的线圈呈未通电状态。平面电机运动时，通过测量系统测得动子位置，确定动子覆盖区域及该区域内线圈，通过通讯接口10下达指令给控制模块。控制模块根据通讯接口10接收到的状态指令，给出行列控制指令；通过电子开关4的闭合与断开状态的变化，从而实现通电区域的变化，实现线圈电流切换。
图4表示电子开关组成。逻辑门电路5的输出端与隔离电路6的输入端相连，隔离电路6的输出端与推挽电路7的输入端相连，推挽电路7的输出端与场效应管电路8的输入端相连,场效应管电路8一端连接驱动器或电源，另一端连接线圈；两路控制指令通过逻辑门电路5进行运算，运算结果通过隔离电路6，进行隔离转换，例如光电隔离转换，提高电子开关稳定性；然后转化后的信号通过推挽电路7控制场效应管电路8，通过控制场效应管的导通或断开，进而实现开关的作用。推挽电路7提高电路的负载能力，又能提高开关速度。根据实际应用需求，逻辑门电路5可以选择“与逻辑”门电路、“或逻辑”门电路、“与非逻辑”门电路、“或非逻辑”门电路、“同或逻辑”门电路和“异或逻辑”门电路中的一种或者多种组合。
图5表示电子开关另外一种组成方式。由于并不是每个电子开关4都须在相邻的两次切换中变化状态，因此在电子开关逻辑门电路5与隔离电路6之间添加锁存电路9，用于保存逻辑门电路5运算结果，当且仅当逻辑门电路5输出结果变化时，锁存电路9中的信号才会随之改变，进而改变电子开关4的状态，提高系统抗干扰能力。
图6为控制模块的一种工作方式。控制模块3利用通讯接口10接收外部指令，调用内部程序，确定所有电子开关的状态，然后根据电子开关的状态确定所有行控制指令1和列控制指令2，并利用多路输出线路将上述指令发送出去，电子开关在行输出线路和列输出线路给出的两路控制指令的作用下实现断开或闭合动作，进而将线圈接入驱动器或电源，或者从驱动器或电源上断开。
Claims (4)
1.一种控制平面电机线圈电流快速切换的装置，含有电子开关阵列区(2)，电子开关阵列区(2)含有多个电子开关(4)，每个电子开关(4)的一端连接线圈，另一端连接电源或驱动器；其特征在于：该装置还含有控制区(1)，所述的控制区(1)含有控制模块(3)；所述的控制模块(3)含有可编程单元，所述的可编程单元内存有控制程序；所述的控制模块(3)含有多路输出线路，多路输出线路分为多行输出线路和多列输出线路，在每路行输出线路和每路列输出线路的交点位置安装一个电子开关(4)，控制模块(3)发出的控制指令通过行输出线路和列输出线路控制电子开关(4)的闭合或断开；所述的控制模块(3)含有通讯接口(10)；
每个电子开关(4)含有逻辑门电路(5)、隔离电路(6)、推挽电路(7)和场效应管电路(8)；所述的逻辑门电路(5)的输出端与隔离电路(6)的输入端相连，隔离电路(6)的输出端与推挽电路(7)的输入端相连，推挽电路(7)的输出端与场效应管电路(8)的输入端相连,场效应管电路(8)一端连接驱动器或电源，另一端连接线圈；所述的逻辑门电路(5)为“与逻辑”门电路、“或逻辑”门电路、“与非逻辑”门电路、“或非逻辑”门电路、“同或逻辑”门电路和“异或逻辑”门电路中的一种或者多种组合；所述的逻辑门电路(5)与隔离电路(6)之间布置锁存电路(9)。
2.如权利要求1所述的一种控制平面电机线圈电流快速切换的装置，其特征在于：所述的每个驱动器连接的电子开关(4)的数量为一个或者多个,所述的每个电子开关(4)连接的线圈的数量为一个。
3.如权利要求1或2所述的一种控制平面电机线圈电流快速切换的装置，其特征在于：所述的控制模块(3)采用PC机、工控机、现场可编程门阵列和可编程控制器中的一种或几种的组合。
4.如权利要求1或2所述的一种控制平面电机线圈电流快速切换的装置，其特征在于：所述的通讯接口(10)为串行接口、并行接口、USB接口、光纤接口和以太网接口中的一种或者几种的组合。
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