CN113037048A - 直线电机 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种直线电机，包括初级、次级、至少一个位置等分式磁编码器和多个永磁体；位置等分式磁编码器设置在初级和次级中的一者上；多个永磁体设置在初级和次级中的另一者上，多个永磁体中至少两个相邻的永磁体的磁力不同；位置等分式磁编码器与多个永磁体之间的垂直距离不超过预设阈值，以使得位置等分式磁编码器在至少两个相邻的永磁体处的磁场零点位置偏移量小于预设值。通过调整位置等分式磁编码器与永磁体之间的垂直距离，可以使得位置等分式磁编码器在不同磁力的两个永磁体处的磁场零点位置偏移量小于预设值，确保直线电机在不同磁力的永磁体上顺利运行，且能在这两种永磁体过渡段运行，给直线电机的运动提供更多可能性和灵活性。

Description

直线电机

技术领域

本公开属于电机技术领域，具体涉及一种直线电机。

背景技术

当前直线电机所使用的永磁主要是同一强度的钕铁硼，由于在一些场合需要控制成本，但是又有速度或者推力要求，从而同时采取了铁氧体与汝铁硼共用的方案，而在不同强度的钕铁硼或铁氧体上过渡，会带来一定的问题，该问题主要为两点：1.对电机的影响；2.对编码器的影响，导致直线电机不能正常运作。

发明内容

本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种直线电机。

本公开提供一种直线电机，所述直线电机包括初级、次级、至少一个位置等分式磁编码器和多个永磁体；

所述位置等分式磁编码器设置在所述初级和所述次级中的一者上；

所述多个永磁体设置在所述初级和所述次级中的另一者上，所述多个永磁体中至少两个相邻的永磁体的磁力不同；

所述位置等分式磁编码器与所述多个永磁体之间的垂直距离不超过预设阈值，以使得所述位置等分式磁编码器在所述至少两个相邻的永磁体处的磁场零点位置偏移量小于预设值。

在一些实施方式中，所述预设值为π/2。

在一些实施方式中，所述预设阈值满足下述关系式：

在满足(a-d)<π/2条件下，设d＝0，则a<π/2，所述位置等分式磁编码器与所述多个永磁体之间的垂直距离的最大值，即为所述预设阈值；其中，a为磁场零点位置偏移量，d为所述至少两个相邻的永磁体的中心点位置。

在一些实施方式中，在所述至少两个相邻的永磁体中：

每个永磁体与所述位置等分式磁编码器之间的垂直距离不同。

在一些实施方式中，在所述至少两个相邻的永磁体中：

磁力相对较大的永磁体与所述位置等分式磁编码器之间的垂直距离，大于磁力相对较小的永磁体与所述位置等分式磁编码器之间的垂直距离。

在一些实施方式中，所述直线电机包括两个位置等分式磁编码器，所述两个位置等分式磁编码器分别位于所述初级或所述次级沿其长度方向的两侧。

在一些实施方式中，在其中一个所述位置等分式磁编码器处于所述至少两个相邻的永磁体时，切换至另一个所述位置等分式磁编码器工作。

在一些实施方式中，所述直线电机还包括至少一个过渡永磁体，所述至少一个过渡永磁体分别插置在所述至少两个相邻的永磁体之间，所述过渡永磁体的磁力介于该至少两个相邻的永磁体的磁力之间。

在一些实施方式中，在所述至少两个相邻的永磁体处，所述直线电机采用开环运行控制。

在一些实施方式中，所述初级或所述次级在进入所述至少两个相邻的永磁体之前的移动速度满足预设的较高速度，以使得所述初级或所述次级依靠惯性驶出所述至少两个相邻的永磁体。

本公开的直线电机，在存在相邻两个永磁体的磁力不同时，通过调整位置等分式磁编码器与永磁体之间的垂直距离，可以使得位置等分式磁编码器在不同磁力的两个永磁体处的磁场零点位置偏移量小于预设值，从而可以确保直线电机在不同磁力的永磁体上顺利运行，且能在这两种永磁体过渡段运行，给直线电机的运动提供更多可能性和灵活性。对同一永磁轨道上的永磁体的要求并不局限于同一磁力规格的永磁体，这对有意降低成本的地方可以使用磁力规格低的永磁体，需要高速、制动能力强的地方可以使用磁力规格高的永磁体。

附图说明

图1为本公开一实施例的一种直线电机的结构示意图；

图2为本公开另一实施例的位置等分式磁编码器在同一水平不同位置受到相邻两个磁力规格相同的永磁体的磁场影响的示意图；

图3为本公开另一实施例的位置等分式磁编码器在同一水平不同位置受到相邻两个磁力规格不同的永磁体的磁场影响的示意图；

图4为本公开另一实施例的位置等分式磁编码器与永磁体之间的垂直距离示意图；

图5为本公开另一实施例的不同磁力规格的永磁体与位置等分式磁编码器的垂直距离示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细描述。

请参考图1，本公开实施例涉及一种直线电机100，所述直线电机100包括初级110、次级120、至少一个位置等分式磁编码器130和多个永磁体140。在初级110固定、次级120移动时，位置等分式磁编码器130设置在次级120上，多个永磁体140设置在初级110上。相反，在初级110移动、次级120固定时，位置等分式磁编码器130设置在初级110上，多个永磁体140设置在次级120上。

下文仅以初级110固定、次级120移动为例进行具体说明，对于初级110移动、次级120固定也同样适用。

如图1所示，在初级110上，多个永磁体140按照一定的磁极排布顺序进行排列，如NSNSNSNS……，也就是说，相邻两个永磁体的磁极相反。一并参考图2，在相邻两个永磁体140为同规格的两个永磁体时，也即该相邻两个永磁体140的磁力相同，若次级120在初级110上的永磁轨道上直线运行时，位置等分式磁编码器130所受到的磁场变化如图2所示，在图2中，a＝0，ab＝ac。

在有些场合，如需要控制直线电机的成本，但是又有速度或者推力的要求，需要采取不同磁力的永磁体共存的方案，也即相邻的两个永磁体140的磁力规格不同，在这种情况下，位置等分式磁编码器130所受到的磁场变化如图3所示，由于磁场分布不是中心对称，导致a>0，ab>ac，其中a的偏移量与相邻两块永磁体140的磁力差异成正比，且与永磁体140距次级120的距离呈正比，a的偏移量在0-π之间。这将影响到直线电机的运动控制，和位置等分式磁编码器130的判断。基于此，本公开的发明人设计出了以下方案，以解决直线电机在不同磁力永磁体上运动的问题。

如图1和图4所示，所述位置等分式磁编码器130与所述多个永磁体140之间的垂直距离L不超过预设阈值，以使得所述位置等分式磁编码器130在所述至少两个相邻的永磁体140处的磁场零点位置偏移量小于预设值。也就是说，通过调整改变位置等分式磁编码器130与所述多个永磁体140之间的垂直距离L，可以使得位置等分式磁编码器130在不同磁力的永磁体140处零点位置偏移量小于预设值，例如，可以使得零点位置偏移量小于π/2。

本实施例的直线电机，在存在相邻两个永磁体的磁力不同时，通过调整位置等分式磁编码器与永磁体之间的垂直距离，可以使得位置等分式磁编码器在不同磁力的两个永磁体处的磁场零点位置偏移量小于预设值，从而可以确保直线电机在不同磁力的永磁体上顺利运行，且能在这两种永磁体过渡段运行，给直线电机的运动提供更多可能性和灵活性。对同一永磁轨道上的永磁体的要求并不局限于同一磁力规格的永磁体，这对有意降低成本的地方可以使用磁力规格低的永磁体，需要高速、制动能力强的地方可以使用磁力规格高的永磁体。

示例性的，为了探究位置等分式磁编码器130与永磁体140之间的垂直距离，与位置等分式磁编码器130在不同磁力规格永磁体140处所受到的磁场变化，本公开的发明人进行了多次试验研究，其发现在满足(a-d)<π/2条件下，设d＝0，则a<π/2，所述位置等分式磁编码器130与所述多个永磁体140之间的垂直距离的最大值，即为所述预设阈值；其中，a为磁场零点位置偏移量，d为所述至少两个相邻的永磁体140的中心点位置。

在一些实施方式中，如图1和图5所示，在所述至少两个相邻的永磁体140中：每个永磁体140与所述位置等分式磁编码器130之间的垂直距离不同。例如，如图5所示，在所述至少两个相邻的永磁体140中：磁力相对较大的永磁体140与所述位置等分式磁编码器130之间的垂直距离，大于磁力相对较小的永磁体140与所述位置等分式磁编码器130之间的垂直距离。

本实施例的直线电机，对于磁力较大的永磁体，使得其与位置等分式磁编码器的距离远一些，对于磁力较小的永磁体，使得其与位置等分式磁编码器的距离近一些，这样，可以使得磁场比较弱的永磁体离读头近一些，降低不同磁力规格永磁体在交汇处的影响，从而可以保证位置等分式磁编码器130在不同磁力的永磁体140处零点位置偏移量小于π/2。

在一些实施方式中，如图1所示，所述直线电机100可以包括两个位置等分式磁编码器130，所述两个位置等分式磁编码器130分别位于所述次级120沿其长度方向的两侧。这样，在其中一个所述位置等分式磁编码器130处于所述至少两个相邻的永磁体140时，切换至另一个所述位置等分式磁编码器130工作。

具体地，两个位置等分式磁编码器130安装于次级120前后不同的位置，处于相同磁力规格的永磁体上均能正常运行，使用任意一个位置等分式磁编码器130的反馈即可。其中一个位置等分式磁编码器130为主编码器，另外一个位置等分式磁编码器130为副编码器。在主编码器经过两个相邻不同磁力规格的永磁体时会出现异常，此时无数据反馈(位置等分式磁编码器由于磁场分布不是中心对称，半周期长度不同，前后霍尔传感器输出相同，判定为异常，无输出)，而副编码器正常输出，故选用副编码器，待副编码器经过该位置前，主编码器已移出该位置，恢复正常，此时采用主编码器的数据反馈。也就是说，主编码器和副编码器都有数据反馈则采用主编码器；主编码器无数据反馈则采用副编码器；主编码器有反馈，副编码器无数据反馈也采用主编码器。

本实施例的直线电机，通过在次级两侧设置两个位置等分式磁编码器，在其中一个位置等分式磁编码器处于不同磁力规格的相邻两个永磁体时，可以切换至另一个位置等分式磁编码器工作，从而可以进一步避免直线电机在不同磁力规格的永磁体上不能正常运作的问题。

在一些实施方式中，如图1所示，所述直线电机100还包括至少一个过渡永磁体(图中并未示出)，所述至少一个过渡永磁体分别插置在所述至少两个相邻的永磁体140之间，所述过渡永磁体的磁力介于该至少两个相邻的永磁体140的磁力之间。例如，两个相邻的永磁体140的磁力规格为N52与N32，则可以在这个之间插置一个磁力规格为N42的过渡永磁体，使得永磁体排布变为N52N42N32。如此设置，可以使得相邻两个永磁体的磁场强度变化差异较小，也可以进一步避免直线电机在不同磁力规格的永磁体上不能正常运作的问题。

在一些实施方式中，如图1所示，在所述至少两个相邻的永磁体140处，所述直线电机100采用开环运行控制。直线电机100采用开环运行控制，开环控制是不需要位置等分式磁编码器反馈的一种控制算法，即在该交汇处使用开环控制运行，直线电机按运动方向输出特定正弦波，不理会位置等分式磁编码器数据，使直线电机驶出该段即可，从而也可以使得直线电机在不同磁力规格的永磁体上能正常运作。

在一些实施方式中，如图1所示，所述次级120在进入所述至少两个相邻的永磁体140之前的移动速度满足预设的较高速度，以使得所述次级120依靠惯性驶出所述至少两个相邻的永磁体140。

本实施例的直线电机，在次级进入不同磁力规格的永磁体之前，确保有较高的速度，这样可以依赖惯性冲过过渡段，保证有一定的动能能驶过该段，因为在过渡段存在一定阻力(只要不停留在该处即可，所谓的动能不需要太大)，由于位置等分式编码器是增量式类型的编码器，故离开该交汇处，则不影响后续正常使用，从而也可以使得直线电机在不同磁力规格的永磁体上能正常运作。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。

Claims (10)

1.一种直线电机，其特征在于，所述直线电机包括初级、次级、至少一个位置等分式磁编码器和多个永磁体；

所述位置等分式磁编码器设置在所述初级和所述次级中的一者上；

所述多个永磁体设置在所述初级和所述次级中的另一者上，所述多个永磁体中至少两个相邻的永磁体的磁力不同；

所述位置等分式磁编码器与所述多个永磁体之间的垂直距离不超过预设阈值，以使得所述位置等分式磁编码器在所述至少两个相邻的永磁体处的磁场零点位置偏移量小于预设值。

2.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述预设值为π/2。

3.根据权利要求1或2所述的直线电机，其特征在于，所述预设阈值满足下述关系式：

在满足(a-d)<π/2条件下，设d＝0，则a<π/2，所述位置等分式磁编码器与所述多个永磁体之间的垂直距离的最大值，即为所述预设阈值；其中，a为磁场零点位置偏移量，d为所述至少两个相邻的永磁体的中心点位置。

4.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，在所述至少两个相邻的永磁体中：

每个永磁体与所述位置等分式磁编码器之间的垂直距离不同。

5.根据权利要求4所述的直线电机，其特征在于，在所述至少两个相邻的永磁体中：

磁力相对较大的永磁体与所述位置等分式磁编码器之间的垂直距离，大于磁力相对较小的永磁体与所述位置等分式磁编码器之间的垂直距离。

6.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述直线电机包括两个位置等分式磁编码器，所述两个位置等分式磁编码器分别位于所述初级或所述次级沿其长度方向的两侧。

7.根据权利要求6所述的直线电机，其特征在于，在其中一个所述位置等分式磁编码器处于所述至少两个相邻的永磁体时，切换至另一个所述位置等分式磁编码器工作。

8.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述直线电机还包括至少一个过渡永磁体，所述至少一个过渡永磁体分别插置在所述至少两个相邻的永磁体之间，所述过渡永磁体的磁力介于该至少两个相邻的永磁体的磁力之间。

9.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，在所述至少两个相邻的永磁体处，所述直线电机采用开环运行控制。

10.根据权利要求1所述的直线电机，其特征在于，所述初级或所述次级在进入所述至少两个相邻的永磁体之前的移动速度满足预设的较高速度，以使得所述初级或所述次级依靠惯性驶出所述至少两个相邻的永磁体。

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