CN108988597B - 嵌入式直线开关磁阻电机装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种嵌入式直线开关磁阻电机装置，其将普通直线开关磁阻电机的原本的动子作为定子使用，将原本的导轨作为主动子使用，并在主动子上搭载有第一次动子和第二次动子，第一次动子和第二次动子都可以同时随着主动子2的运动而运动，从而实现复合运动。还可以在次动子上集成执行机构，对工位上的工件进行相应的动作。这种嵌入式结构尤其适合安装在悬臂梁结构上，实现多加工点的喷漆或打孔等操作。本发明的次动子可以实现速度的叠加，同时可以实现整个系统的多任务并行，提高整个运动系统的运行效率，并且能够保证各个加工点之间的间距精准。

Description

嵌入式直线开关磁阻电机装置

技术领域

本发明涉及一种嵌入式直线开关磁阻电机装置，属于直线电机技术领域。

背景技术

随着直线电机的研究与发展，人们已经开始关注于采用直接驱动式系统、直线电机来代替传统的机械运动机构，具有出力密度高、热耗低、精度高等优点。结构简单，反应快，灵活性高，跟随性好等一系列优点，配合运动控制系统可以消除回差、迟滞等由于运动方式转化带来的问题，并避免安装后的经常性的调整、校准和后期维护和维修，工作安全可靠、寿命长。

然而，普通的直线电机在工业加工的一些特殊需求的场合里难以达到要求。比如，在加工精密光学平台基板的场合里，需要在待加工的基板上加工一些矩阵螺丝孔，而且这些矩阵螺丝孔的孔和孔之间必须具有精确的位置关系，这就要求直线电机的钻孔位置的位置精度要非常高；而且孔和孔之间的相对位置精度也必须很高。或者是加工万能电路板的场合，需要在该万能电路板上加工成直线排列的孔，同样面临钻孔间距之间必须精确的技术要求，否则，如果钻孔间距不符合精度要求，将没有办法插入芯片或者难以插入芯片。如果用普通直线电机实现，那么动子必须沿定子运行，到第一个加工点进行钻孔操作以后，再回复至第二个加工点进行钻孔。这样的装置及操作方法会有一定的缺陷。首先，速度比较慢，因为各个加工点的加工必须依次顺序进行，时间是累加的，耗时较长；其次，很难保证两个加工点之间的距离精度，只能通过动子到达两个加工点的位置做差，间接计算两个加工点之间距离，无法保证两个加工点之间的距离的高精度。在对加工点的相互位置关系要求较高的场合里，普通直线电机无法达到加工要求。

而且，目前的普通直线电机无法通过简单的分立式电机的组合来提高加工精度，因为构成复合结构，要求电机的原理能够实现。按原理分，直线电机可以包括直线永磁电机、直线感应电机和直线开关磁阻电机等。目前直线电机结构分为动子和定子两个部分，其中能够运动的部分称为动子，相对不动的部分称为定子。对于长行程定子，电机可以集成几个动子。但是，几个动子只能独立运动，几个动子的运动不能实现叠加。如果是一个主动子和一个次动子的结构，若需要同时加工两个点，必须分两次完成，同时难以保证两个点之间的精度。传统的直线电机无法实现复合结构。传统的电机只有一个定子、一个或多个动子。动子只能相对地做独立的运动，无法构成复合运动。由于相互运动不可叠加，因此，对于上述两个加工点之间的距离的精度要求，也无法通过简单的集成几个动子来达到精度要求。

发明内容

本发明旨在提出一种嵌入式直线开关磁阻电机装置，该装置尤其适用于多点同时加工，有效缩短加工时间，并且能够保证各个加工点之间的距离的精度。

本发明一方面提供一种嵌入式直线开关磁阻电机装置，其特征在于，所述装置包括：定子、主动子、至少两个次动子；所述主动子上搭载所述至少两个次动子；所述至少两个次动子包括第一次动子、第二次动子；所述第一次动子和所述第二次动子都能够随着所述主动子的运动而运动；所述第一次动子配置了第一执行机构，所述第一执行机构用于加工待处理工件；所述第二次动子配置了第二执行机构，所述第二执行机构用于加工所述待处理工件。

可选的，所述主动子是所述直线开关磁阻电机的导轨，所述定子包括滑块，并通过所述滑块搭载于所述主动子上，所述滑块固定到所述定子的夹板上，所述主动子相对于所述滑块左右运动。

可选的，所述装置还包括一个主控制单元，所述主控制单元根据所述主动子和所述至少两个次动子的运动信息来生成所述至少两个次动子的控制指令，下发至所述至少两个次动子的每个动子。

可选的，所述控制指令用于控制次动子的位置调整和/或执行机构的操作。

可选的，所述至少两个次动子的每个次动子都配置了控制器、传感器、通信模块，所述控制器能够通过所述通信模块将自身信息发送给所述至少两个次动子的其他次动子。

可选的，所述控制器根据获取的信息来控制对应的次动子的位置调整和/或执行机构的操作。

本发明第二方面提供一种使用如前所述的嵌入式直线开关磁阻电机装置的加工方法，其特征在于：所述主动子运行到预定位置；所述第一执行机构对所述待处理工件的第一加工点进行加工，同时，所述第二执行机构对所述待处理工件的第二加工点进行加工。

可选的，所述装置的主控制单元根据所述主动子和所述至少两个次动子的运动信息来生成所述至少两个次动子的力控制指令，下发至所述至少两个次动子的每个动子；所述至少两个次动子各自配置的执行机构同时对所述待处理工件进行加工。

可选的，所述至少两个次动子的每个次动子都配置了控制器、传感器、通信模块；所述至少两个次动子的每个次动子的所述控制器通过所述通信模块将自身信息发送给所述至少两个次动子的其他次动子；所述至少两个次动子的每个次动子的所述控制器根据收集到的信息来控制自身的运动以及所配置的执行机构的操作。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明的嵌入式直线开关磁阻电机装置示意图。

图2是本发明的嵌入式直线开关磁阻电机装置的定子结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明作进一步描述。

本发明公开了一种嵌入式直线开关磁阻电机装置。图1是本发明的嵌入式直线开关磁阻电机装置示意图。如图1所示，本发明的嵌入式直线开关磁阻电机装置包括定子1、主动子2、第一次动子11、第二次动子12。

其中，本发明的主动子2是直线开关磁阻电机的导轨，在普通的直线开关磁阻电机装置中，导轨一般是作为定子使用，但在本发明中，为了嵌入次动子以实现复合运动，本发明将直线开关磁阻电机的导轨作为主动子2，将直线开关磁阻电机的动子作为定子1。定子1包括滑块，并通过滑块搭载于主动子2上，主动子2相对于该滑块左右运动。以图2为例，定子1包括第一夹板101、第二夹板102、上滑块对103、下滑块对104、线圈支撑件105、线圈106。其中，第一夹板101与第二夹板102机械结构完全一致，每个夹板的侧面开了放置线圈106的槽(未图示)。线圈106通过线圈支撑件105放置在第二夹板102的槽内，从而线圈106和第二夹板102紧密固定在一起。第一夹板101侧面开有与第二夹板102侧面数量相同的槽，槽内同样放置有线圈。槽和线圈的数量可以根据实际需要来设置。第一夹板101和第二夹板102中间内凹，并且凹面相对，从而在第一夹板101和第二夹板102中间形成空间，上滑块对103和下滑块对104滑块放置在该空间中，并且固定到第一夹板101和第二夹板102上。两个滑块对可以配合导轨也就是主动子2完成相对滑动。需要注意的是，图2仅仅为示例，本发明可以采取任何直线开关磁阻电机，可以采用常见的三相直线开关磁阻电机的动子来作为定子1、导轨来作为主动子2，也可以是任何直线开关磁阻电机的动子来作为定子1、导轨来作为主动子2。

定子1通过焊接固定在底座(未图示)上，从而包括两个滑块对在内的定子1整体相对地静止，而导轨也就是主动子2可以相对于包括两个滑块对在内的定子1左右运动。

而第一次动子11、第二次动子12可以与定子1的结构一样，也可以与定子1的结构不一样，只要是普通直线开关磁阻电机的动子均可。第一次动子11、第二次动子12与导轨也就是主动子2嵌入连接。第一次动子11、第二次动子1通过各自的滑块来相对于主动子2运动，从而次动子既可以相对与定子1运动、也可以相对于导轨也就是主动子2运动，实现次动子的复合运动。

定子1也可以采取其他固定方式固定在底座上。还可以在主动子2的两端分别设置端承接部件，以在主动子2左右运动的时候，辅助定子1承担主动子2及其上搭载的部件的重量，使得整个装置的运行更为稳妥。端承接部件可以是任何常见的可用于支撑导轨运行的部件，比如可以是具备支撑平面的支座，主动子2可以在支撑平面上滑动运行。端承接部件可以是单独的可以放置在台面上的部件，也可以是焊接在定子1的底座上。

如图1所示，第一次动子11和第二次动子12可以在导轨也就是主动子2上左右滑动。还可以在次动子上集成执行机构。比如，第一次动子11具备执行机构21，第二次动子12具备执行机构22。执行机构21和执行机构22可以包括比如用于喷漆、打孔等工序的机构，并沿y轴方向，对工位上的工件进行相应的动作。

本发明的嵌入式结构，指的是如图1所示的第一次动子11和第二次动子12搭载到直线开关磁阻电机的导轨上，即嵌入到直线开关磁阻电机的主动子2上，也就是说，两个次动子与主动子2运动相互关联，和主运动机构即主动子2在同一时间完成相应动作。

选取直线开关磁阻电机来组成嵌入式结构的原因是，其他原理的电机无法实现嵌入式结构。对于直线感应电机，初级和次级二级绕组导致无法实现动定子互换，无法实现如上所述的嵌入式电机结构；而直线永磁电机永磁体和线圈绕组结构，也无法动定子互换，无法实现实现嵌入式结构。而直线开关磁阻电机仅由线圈和硅钢片构成，动定子相对可以互换，从而实现嵌入式结构。

这种嵌入式的结构可以实现复合运动。其中，主动子2可以相对定子1(或者“地”，即定子1相对地静止)做直线运动；同时，第一次动子11和第二次动子12都可以在主动子2上做相对运动。因此，除了主动子2可以以一定速度运行外，第一次动子11和第二次动子12也可以同时相对主动子2做运动，从而实现各个次动子(第一次动子11和第二次动子12)相对定子1(或者“地”)实现复合运动。

这样做的好处是：相对定子1(或者“地”)，每个次动子可以实现速度的叠加，同时可以实现整个系统的多任务并行，提高整个运动系统的运行效率。

而且，如图1所示，待处理工件的A点和B点为被加工点，所述的加工可以比如是钻孔、喷漆等。在一些加工场合，这两个钻孔点须严格保持一定的距离，普通的直线电机无法达到较高的精度要求。而图1中的嵌入式直线开关磁阻电机装置由于能够实现复合运动，而使得加工点之间距离的高精度加工成为可能。

如图1所示为复合直线运动机构的概念，即直线复合执行系统，相对定子1来说，长板称为主动子2，在电磁力作用下，定子1可以推动主动子2沿x轴方向运动，而各个次动子(第一次动子11和第二次动子12)可以在主动子2上做沿x轴方向的相对运动，即可构成复合直线运动形式。而每个次动子上各自集成的执行机构(如喷漆、打孔等工序)沿y轴方向，对工位上的工件进行相应的动作。比如需要对A点和B点进行加工时，可以在主动子2运行时，第一次动子11和第二次动子12同时工作，而且，通过第一次动子11和第二次动子12实时信息交互，可以使第一次动子11和第二次动子12的加工动作执行前，实时了解对方加工的位置。这样做的好处是，不仅实现了工件的A点和B点的加工的同时进行，提高工作效率，而且，主动子2、各个次动子之间的实时信息交互，可以确保A点和B点两个加工点间的位置保持准确，也就是协同精度保证。

协同精度的实现可以通过集中式控制方法，也可以通过分布式方法。

若采用集中式控制方法，则该直线电机的三个动子(主动子2、第一次动子11和第二次动子12)配置一个主控制单元，每个动子(包括主动子2和各个次动子)的装载线圈的外壳上分别固定位置传感器和/或速度传感器，每个动子的驱动器、传感器等的硬件接线通过物理连接方式，连接至该主控单元，从而主控单元可以获取所有动子的相关信息，以便主控单元可以根据这些信息作出决策并下发指令。该主控单元负责对每个动子的运动信息进行实时监控，同时根据控制算法，参考总的力指令，生成每个动子的力控制指令，下发至每个动子。

然而，集中式控制方法存在以下缺点：由于所有硬件接线都需要连接至该主控单元，因此，必然要求该主控单元具备丰富的硬件接口；由于所有动子的各种信息都传送给该主控单元以便计算出决策，因此，要求该主控单元具备强大的运算功能。因此，一旦主控制器出现问题，如某个环节的信息传递出现问题(延时、丢数据等)，则该整体系统力控制性能变差；如果某运动单元出现物理连接上的故障，则该系统可能会失效。

优选的，采用分布式方法来实现协同精度。结合多自主体网络所具备的实时性好、灵活性强、可靠性高、易于维护、便于扩容等优势，可将每个动子单元视为自主体，基于分布式理念实现出力的高精度控制。每个动子构成的力控制系统可具有独立的控制器、传感器，每个动子自主体可以通过控制器按照将自身信息(位置信息)发送给邻居动子自主体。与集中式控制方式不同，由于每个动子上由于具备独立的控制器、传感器以及驱动器等，各自独立形成闭环力控制系统；且每个力控制系统具备通信模块(有线如：CAN、串口无线，如：wifi、zigbee等)，动子间可通过通信模块进行实时物理信息(速度、位置等)的交互，从而根据加工任务，各动子实时调整各自的运动指令以及执行机构的操作指令，实现多个加工点的间距精准的快速加工。

虽然图1以两个次动子作为例子，然而，也可以根据实际需要加入多个次动子，只要各个次动子都在一条直线上，就可以实现嵌入式直线开关磁阻电机装置，并且该装置可以实现复合运动。

采用这种嵌入式直线开关磁阻电机装置对待处理工件进行两个加工点位置的加工，可以是第一次动子11和第二次动子12的间距刚好是两个加工点的间距，先让主动子2运行到预定位置，此时，第一次动子11和第二次动子12也随着运行到各自的位置上，其各自的位置对应各自的加工点位置，第一次动子11的执行机构和第二次动子12的执行机构可以各自独立的在各自的加工点位置处对待处理工件进行加工。

或者，由于运动过程中可能带来的误差等原因，第一次动子11和第二次动子12的间距不刚好是两个加工点的间距，则可以采用控制手段。

比如，采用集中控制方法，则可以是第一次动子11先行对准其对应的加工点位置，然后主控单元根据收集到的第一次动子11和第二次动子12的位置信息，对第二次动子12下发指令，使得第二次动子12调整到合适的位置并进行加工。

也可以采用分布式控制方法，每个动子构成的力控制系统可具有独立的控制器、传感器、通信模块，每个动子自主体可以通过控制器按照将自身信息(位置信息)发送给邻居动子自主体。动子间可通过通信模块进行实时物理信息(速度、位置等)的交互，从而根据加工任务，各动子实时调整各自的运动指令以及执行机构的操作指令，实现多个加工点的间距精准的快速加工。比如可以是第一次动子11先行对准其对应的加工点位置，然后第二次动子12根据获得的第一次动子11的信息，来控制自身的位置调整以及自身携带的执行机构的操作。反过来，让第二次动子12先行对准加工点位置也是可行的。

虽然以上用的是两个次动子、两个加工点作为例子，实际中，也可以采用多个次动子、多个加工点，尤其是分布式控制方法，在多个次动子同时加工多个加工点的场合里将有明显优势，可以大大减少对硬件接口的要求、大大降低对控制单元的计算能力了要求，而且，如果其中一个控制器出现故障，整个系统并不必然失效。

本发明公开了一种嵌入式直线开关磁阻电机装置，其利用直线开关磁阻电机的特点，将多个次动子做嵌入式处理，实现多个加工点的快速加工，并能够保证多个加工点之间的相对间距精准。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (9)

1.一种嵌入式直线开关磁阻电机装置，其特征在于，所述装置包括：

一个定子、一个主动子、至少两个次动子；

所述主动子是直线开关磁阻电机的导轨，所述定子是直线开关磁阻电机的动子，所述定子固定在底座上；所述一个主动子上搭载所述至少两个次动子；

所述至少两个次动子包括第一次动子、第二次动子；

所述第一次动子和所述第二次动子都能够随着所述主动子的运动而运动；

所述定子能够推动所述主动子沿x轴方向运动，而所述至少两个次动子能够在所述一个主动子上做沿x轴方向的相对运动，所述x轴与所述导轨的长度方向在一条直线上；

所述第一次动子配置了第一执行机构，所述第一执行机构用于加工待处理工件；

所述第二次动子配置了第二执行机构，所述第二执行机构用于加工所述待处理工件。

2.如权利要求1所述的一种嵌入式直线开关磁阻电机装置，其特征在于：

所述定子包括滑块，并通过所述滑块搭载于所述主动子上，所述滑块固定到所述定子的夹板上，所述主动子相对于所述滑块左右运动。

3.如权利要求1所述的一种嵌入式直线开关磁阻电机装置，其特征在于：

所述装置还包括一个主控制单元，所述主控制单元根据所述主动子和所述至少两个次动子的运动信息来生成所述至少两个次动子的控制指令，下发至所述至少两个次动子的每个动子。

4.如权利要求3所述的一种嵌入式直线开关磁阻电机装置，其特征在于：

所述控制指令用于控制次动子的位置调整和/或执行机构的操作。

5.如权利要求1所述的一种嵌入式直线开关磁阻电机装置，其特征在于：

所述至少两个次动子的每个次动子都配置了控制器、传感器、通信模块，所述控制器能够通过所述通信模块将自身信息发送给所述至少两个次动子的其他次动子。

6.如权利要求5所述的一种嵌入式直线开关磁阻电机装置，其特征在于：

所述控制器根据获取的信息来控制对应的次动子的位置调整和/或执行机构的操作。

7.一种使用如权利要求1所述的嵌入式直线开关磁阻电机装置的加工方法，其特征在于：

所述主动子运行到预定位置；

所述第一执行机构对所述待处理工件的第一加工点进行加工，同时，所述第二执行机构对所述待处理工件的第二加工点进行加工。

8.如权利要求7所述的加工方法，其特征在于：

所述装置的主控制单元根据所述主动子和所述至少两个次动子的运动信息来生成所述至少两个次动子的力控制指令，下发至所述至少两个次动子的每个动子；

所述至少两个次动子各自配置的执行机构同时对所述待处理工件进行加工。

9.如权利要求7所述的加工方法，其特征在于：

所述至少两个次动子的每个次动子都配置了控制器、传感器、通信模块；

所述至少两个次动子的每个次动子的所述控制器通过所述通信模块将自身信息发送给所述至少两个次动子的其他次动子；

所述至少两个次动子的每个次动子的所述控制器根据收集到的信息来控制自身的运动以及所配置的执行机构的操作。