CN112615512B - 一种贴片机磁悬浮z轴直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于微电子加工技术领域，公开一种贴片机磁悬浮Z轴直线电机，包括：固定座、定子模块、动子滑块、光栅尺及光栅尺读头；其中，动子滑块通过直线滑块装配在固定座的直线导轨上；定子模块固定在固定座上，定子模块包括对称设置的两列定子磁芯，两列定子绕组之间设置直线导轨；光栅尺固定在动子滑块上，光栅尺读头固定在固定座上，光栅尺读头读取光栅尺获得动子滑块的运动位置信号并反馈至驱动器，驱动器根据动子滑块的运动位置信号产生驱动信号作用于定子线圈。本发明直线电机的定子磁芯对称分布，对动子滑块产生对称拉力，动子滑块以近似悬浮的状态位于直线导轨的中心位置，对直线滑块的侧向压力极小，减轻了对滑块的材质的要求。

Description

一种贴片机磁悬浮Z轴直线电机

技术领域

本发明涉及微电子加工技术领域，特别涉及一种贴片机磁悬浮Z轴直线电机。

背景技术

随着科技的发展，芯片等电子元件趋于小型化、贴片化。贴片元件体积小密度大，在具体电子产品生产过程中很难人工完成，贴片机作为电子产品的生产工具，价格普遍较高，大面积普及受到限制。Z轴电机作为贴片机的上下运动电机，一般由旋转电机通过丝杠转换成直线运动组成，速度慢、带有回差且成本高，也有贴片机的直线电机采用单边驱动，侧向拉力大，对直线滑块的材质要求高，成本也高，但是直线滑块的使用寿命短，影响了贴片机整体的运行效率。

如何提供一种稳定度高、成本低的贴片机直线电机，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种贴片机磁悬浮Z轴直线电机，以解决现有技术中直线电机直线滑块材质要求高、使用寿命短问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种贴片机磁悬浮Z轴直线电机。

在一些可选实施例中，贴片机磁悬浮Z轴直线电机，包括：

固定座、定子模块、动子滑块、光栅尺及光栅尺读头；其中，

所述动子滑块通过直线滑块装配在固定座的直线导轨上，动子滑块包括导磁条和磁铁，磁铁之间间隔固定间隙且按NS极交错固定在导磁条上；

所述定子模块固定在固定座上，定子模块包括对称设置的两列定子磁芯，定子磁芯上绕制定子线圈组成定子绕组，两列定子绕组之间设置所述直线导轨，两列定子绕组交错半个极间隔以平滑直线电机的端部效应，定子绕组之间间隔固定间隙且按a、b、c三相设置；

光栅尺固定在动子滑块上，光栅尺读头固定在固定座上，光栅尺读头读取光栅尺获得动子滑块的运动位置信号并反馈至驱动器，驱动器根据动子滑块的运动位置信号产生驱动信号作用于定子线圈。

可选地，所述固定座由7075铝合金雕铣加工制成。

可选地，所述定子磁芯采用厚度0.5mm矽钢片叠压线切割制成。

可选地，所述光栅尺读头产生正交方波信号经驱动芯片转换成差分信号反馈给驱动器，驱动器产生驱动信号作用于所述定子线圈。

可选地，所述驱动器产生SVPWM信号作用于定子线圈上，对动子滑块产生定向拉力进而使其运动，动子滑块运动位置通过光栅尺读头读取光栅尺的数据而获得，驱动器根据运动位置信号反馈和电流反馈进行Clark变换和Park变换的运算，调制PWM发生器产生SVPWM信号再次作用于定子线圈上。

可选地，所述动子滑块的长条形主体采用7075铝合金雕铣加工制成，导磁条粘贴在长条形主体上，导磁条上粘贴N35磁极交替的钕磁铁。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种贴片机磁悬浮Z轴直线电机阵列。

在一些可选实施例中，贴片机磁悬浮Z轴直线电机阵列，包括：

两个或者两个以上上述任一项可选实施例的直线电机，所述直线电机的固定座上设置有定位销孔和紧固螺丝通孔，通过定位销实现多个直线电机并联。

可选地，所述固定座上贴有磁屏蔽条。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种贴片机。

在一些可选实施例中，贴片机包括：上述任一项可选实施例的直线电机。

本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

(1)贴片机磁悬浮直线Z轴直线电机的定子磁芯对称分布，对动子滑块产生对称拉力，动子滑块以近似悬浮的状态位于直线导轨的中心位置，对直线滑块的侧向压力极小，减轻了对滑块的材质的要求，提高了使用寿命。

(2)两列定子绕组错开半个极间距，减小了端部效应的影响，提高了定位精度并减小了运动噪声。

(3)贴片机磁悬浮直线Z轴直线电机行程大，贴片机在贴装过程中可以实现飞行识别、同时吸取器件、同时下移高度，提高贴片工作效率。

(4)贴片机磁悬浮直线Z轴直线电机，厚度仅15mm，可实现多级并联组成Z轴直线电机阵列，实现同时工作。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的直线电机的整体结构示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的固定座的结构示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的定子绕组结构示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的定子磁芯的结构示意图；

图5是根据一示例性实施例示出的动子滑块的结构示意图；

图6a是根据一示例性实施例示出的驱动器控制原理框图；

图6b是根据一示例性实施例示出的驱动器进行Clark变换的示意图；

图6c是根据一示例性实施例示出的驱动器进行Park变换的示意图；

图6d是根据一示例性实施例示出的驱动器进行Park逆变换的示意图；

附图标记：

1、固定座；2、动子滑块；3、定子磁芯；4、定子线圈；5、磁铁；6、导磁条；7、直线导轨；8、光栅尺；9、光栅尺读头；10、磁屏蔽条；11、缓冲垫；12、PCB板；13、线圈引出插头；14、光栅信号引出插头；15、定子磁芯固定孔；16、定子绕组磁极间隙；17、直线滑块；19、定位销孔；20、紧固螺丝通孔。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本文的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本文的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。本文中，术语“第一”、“第二”等仅被用来将一个元素与另一个元素区分开来，而不要求或者暗示这些元素之间存在任何实际的关系或者顺序。实际上第一元素也能够被称为第二元素，反之亦然。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的结构、装置或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种结构、装置或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的结构、装置或者设备中还存在另外的相同要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中的术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本文和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本文的描述中，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本文中，除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

本文中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。

本文中，术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

图1至图5示出了本发明的直线电机的一个可选实施例。

在该可选实施例中，贴片机磁悬浮Z轴直线电机包括：固定座1、定子模块、动子滑块2、光栅尺8及光栅尺读头9；其中，动子滑块2通过直线滑块17装配在固定座1的直线导轨7上，动子滑块2包括导磁条6和磁铁5，磁铁5之间间隔固定间隙且按NS极交错固定在导磁条6上；定子模块固定在固定座1上，定子模块包括对称设置的两列定子磁芯3，定子磁芯3上绕制定子线圈4组成定子绕组，两列定子绕组之间设置直线导轨7，两列定子绕组交错半个极间隔以平滑直线电机的端部效应，定子绕组之间间隔固定间隙且按a、b、c三相设置，动子滑块2在两列定子绕组之间的直线导轨7上运动，如图4所示，定子绕组之间间隔有定子绕组磁极间隙16。光栅尺8固定在动子滑块2上，光栅尺读头9固定在固定座1上，光栅尺读头9读取光栅尺8以获得动子滑块的运动位置信号并反馈至驱动器，驱动器根据动子滑块的运动位置信号产生驱动信号作用于定子线圈4。

本发明实施例提供的贴片机磁悬浮直线Z轴直线电机，定子磁芯3对称分布，对动子滑块产生对称拉力，动子滑块以近似悬浮的状态位于直线导轨的中心位置，对直线滑块的侧向压力极小，减轻了对滑块的材质的要求，提高了使用寿命。

本发明实施例提供的两列定子绕组错开半个极间距，减小了端部效应的影响，提高了定位精度并减小了运动噪声。

本发明实施例提供的贴片机磁悬浮直线Z轴直线电机行程大，贴片机在贴装过程中可以实现飞行识别、同时吸取器件、同时下移高度，提高贴片工作效率。

本发明实施例提供的贴片机磁悬浮直线Z轴直线电机，厚度仅15mm，可实现多级并联组成Z轴直线电机阵列，实现同时工作。

可选地，所述固定座由7075铝合金雕铣加工制成。当然，本领域技术人员根据本发明的教导，还可以采用其他材质和其他方式加工固定座。

可选地，所述定子磁芯采用厚度0.5mm矽钢片叠压线切割制成。当然，本领域技术人员根据本发明的教导，还可以采用其他材质和其他方式加工定子磁芯。可选地，定子模块通过定子磁芯上的铁芯固定孔15和螺丝固定在固定座1上。

可选地，动子滑块2主体为长条形，长条形主体采用7075铝合金雕铣加工制成，导磁条6粘贴在长条形主体上，导磁条6上粘贴N35磁极交替的钕磁铁。

可选地，所述光栅尺读头9产生正交方波信号经驱动芯片转换成差分信号反馈给驱动器，驱动器产生驱动信号作用于所述定子线圈4。

可选地，所述驱动器产生SVPWM信号作用于定子线圈4上，对动子滑块产生定向拉力进而使其运动，动子滑块运动位置信号通过光栅尺读头读取光栅尺的数据而获得，驱动器根据运动位置信号反馈和电流反馈进行Clark变换和Park变换的运算，调制PWM发生器产生SVPWM信号再次作用于定子线圈上。

由于贴片机Z轴对速度要求不是很高，但是对位置要求相对较高，因此，本发明实施例在驱动电路设计中程序采用位置环PI调节方式。图6a示出了PI调节控制方法的一个可选实施例。

该可选实施例中，通过光栅尺读取的位置信息与设定位置进行比较计算得到差值，然后进行PI计算得到电流参考量I_qref，I_d与磁通有关，在控制过程中将I_dref置为0，再计算产生SVPWM信号控制动子运动直到达到指定位置。

SVPWM信号计算步骤如下：

步骤(1)，由采样得到两相绕组电流I_a和I_b，先进行Clark变换，得到I_a和I_b在αβ坐标系下电流值I_α和I_β，变换公式为：

由基尔霍夫电流定律：I_a+I_b+I_c＝0，可得：

这样就转换成了两相正交量，如图6b所示。

步骤(2)，由光栅尺计算出的电角度θ_e和Clark变换得到的电流值I_α和I_β进行Park变换，得到dq坐标下电流值I_q和I_d，此变换是把平衡两相正交系统的矢量变换为正交旋转坐标系，如图6c所示，计算公式为：

步骤(3)，电流值I_q和I_d与计算出的参考电流值I_qref和I_dref进行PID计算，得到电压值U_q和U_d。

步骤(4)，对U_q和U_d进行限幅计算。

步骤(5)，电压值U_q和U_d和当前电角度θ_e进行Park逆变换，得到电压值U_α和U_β。此变换的目的是将正交旋转坐标系中的矢量投影到两相正交固定框架，如图6d所示，计算公式为：

步骤(6)，根据电压值U_α和U_β进行Clark逆变换并使用SVPWM完成定子绕组a、b、c三相输出电压设置，控制动子运动。

可选地，固定座1上固定PCB板12，PCB板上安装光栅尺读头9，光栅尺读头9通过光栅信号引出插头14与驱动器相连接，将动子滑块运动位置信号传送至驱动器，驱动器产生驱动信号作用于定子线圈的线圈引出插头13。可选地，固定座1的顶端镶嵌有缓冲垫11，以对动子滑块2提供缓冲。

在另一些可选实施例中，本发明还提供了一种贴片机磁悬浮Z轴直线电机阵列，包括两个或者两个以上上述任一项可选实施例的直线电机，所述直线电机的固定座上设置有定位销孔19和紧固螺丝通孔20，多个直线电机可以通过定位销和固定螺丝并列组成多个直线电机阵列。

可选地，固定座1上固定有磁屏蔽条，防止多个直线电机并联时磁场相互干扰。可选地，所述固定座镶嵌有磁屏蔽条。可选地，所述固定座贴有磁屏蔽条。

本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种贴片机磁悬浮Z轴直线电机，其特征在于，包括：

固定座、定子模块、动子滑块、光栅尺及光栅尺读头；其中，

所述动子滑块通过直线滑块装配在固定座的直线导轨上，动子滑块包括导磁条和磁铁，磁铁之间间隔固定间隙且按NS极交错固定在导磁条上；

所述定子模块固定在固定座上，定子模块包括对称设置的两列定子磁芯，定子磁芯上绕制定子线圈组成定子绕组，两列定子绕组之间设置所述直线导轨，两列定子绕组交错半个极间隔以平滑直线电机的端部效应，定子绕组之间间隔固定间隙且按a、b、c三相设置；

光栅尺固定在动子滑块上，光栅尺读头固定在固定座上，光栅尺读头读取光栅尺获得动子滑块的运动位置信号并反馈至驱动器，驱动器根据动子滑块的运动位置信号产生驱动信号作用于定子线圈；

所述驱动器产生SVPWM信号作用于定子线圈上，对动子滑块产生定向拉力进而使其运动，动子滑块运动位置信号通过光栅尺读头读取光栅尺的数据而获得，驱动器根据运动位置信号反馈和电流反馈进行Clark变换和Park变换的运算，调制PWM发生器产生SVPWM信号再次作用于定子线圈上；SVPWM信号计算步骤如下：

步骤(1)，由采样得到两相绕组电流I_a和I_b，先进行Clark变换，得到I_a和I_b在αβ坐标系下电流值I_α和I_β，变换公式为：

由基尔霍夫电流定律：I_a+I_b+I_c＝0，可得：

步骤(2)，由光栅尺计算出的电角度θ_e和Clark变换得到的电流值I_α和I_β进行Park变换，得到dq坐标下电流值I_q和I_d，此变换是把平衡两相正交系统的矢量变换为正交旋转坐标系，计算公式为：

步骤(3)，电流值I_q和I_d与计算出的参考电流值I_qref和I_dref进行PID计算，得到电压值U_q和U_d；

步骤(4)，对U_q和U_d进行限幅计算；

步骤(5)，电压值U_q和U_d和当前电角度θ_e进行Park逆变换，得到电压值U_α和U_β，此变换的目的是将正交旋转坐标系中的矢量投影到两相正交固定框架，计算公式为：

步骤(6)，根据电压值U_α和U_β进行Clark逆变换并使用SVPWM完成定子绕组a、b、c三相输出电压设置，控制动子运动。

2.根据权利要求1所述的一种贴片机磁悬浮Z轴直线电机，其特征在于，

所述固定座由7075铝合金雕铣加工制成。

3.根据权利要求1所述的一种贴片机磁悬浮Z轴直线电机，其特征在于，

所述定子磁芯采用厚度0.5mm矽钢片叠压线切割制成。

4.根据权利要求1所述的一种贴片机磁悬浮Z轴直线电机，其特征在于，

所述光栅尺读头产生正交方波信号经驱动芯片转换成差分信号反馈给驱动器，驱动器产生驱动信号作用于所述定子线圈。

5.根据权利要求1所述的一种贴片机磁悬浮Z轴直线电机，其特征在于，

所述动子滑块的长条形主体采用7075铝合金雕铣加工制成，导磁条粘贴在长条形主体上，导磁条上粘贴N35磁极交替的钕磁铁。

6.一种贴片机磁悬浮Z轴直线电机阵列，其特征在于，包括两个或者两个以上如权利要求1至5任一项所述的直线电机，所述直线电机的固定座上设置有定位销孔和紧固螺丝通孔，通过定位销实现多个直线电机并联。

7.根据权利要求6所述的一种贴片机磁悬浮Z轴直线电机阵列，其特征在于，

所述固定座上贴有磁屏蔽条。

8.一种贴片机，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的直线电机。

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