CN113489244B - 磁悬浮物流系统动子直线位移检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁悬浮物流系统动子直线位移检测装置及方法，包括定子和相对于定子沿直线运动的动子，定子上沿长度方向安装有等距紧密排列的线圈，定子上设有等距排列的位移传感器，位移传感器为线性磁阻传感器，且与线圈的位置一一对应，相邻两位移传感器的间距等于一个线圈的宽度；动子下表面设有第一永磁体和第二永磁体，第一永磁体用于与通电的线圈作用驱动动子直线运动，第二永磁体用于与位移传感器作用，使位移传感器获取动子的位置；还包括驱动控制电路、位移检测电路，位移检测电路用于将动子的位置转换为电信号，并通过驱动控制电路输出线圈的控制电压。本发明解决了现有技术中直线位置检测装置复杂精度不高的问题。

Description

磁悬浮物流系统动子直线位移检测装置及方法

技术领域

本发明涉及直线电机位置检测技术领域，尤其是一种磁悬浮物流系统动子直线位移检测装置及方法。

背景技术

磁悬浮电机由于其优越性在物流输送系统中具有广泛的应用前景，但磁悬浮旋转电机不适合用于直线输送系统。目前直线电机大都采用动圈式结构，且带有导线拖链装置，直线位移的检测需要借助光栅和磁栅尺，造成定位占用体积大，不仅检测不方便，且精度不高。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种磁悬浮物流系统动子直线位移检测装置及方法，以解决位移测量不方便且精度不高的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种磁悬浮物流系统动子直线位移检测装置，包括定子和相对于定子沿直线运动的动子，所述定子上沿长度方向安装有等距紧密排列的线圈，所述定子上设有等距排列的位移传感器，所述位移传感器为线性磁阻传感器，且与线圈的位置一一对应，相邻两位移传感器的间距等于一个线圈的宽度；所述动子下表面设有第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体用于与通电的线圈作用驱动动子直线运动，所述第二永磁体用于与所述位移传感器作用，使位移传感器获取动子的位置；

还包括驱动控制电路和位移检测电路，所述位移检测电路用于接收位移传感器的输出，并将电信号输出给所述驱动控制电路，所述驱动控制电路对所述电信号处理并计算动子位移，同时输出所述线圈的控制电压。

其进一步技术方案为：

所述定子上表面两侧设有滑轨，所述动子下表面两侧设有与所述滑轨滑动连接的滑轮。

一种磁悬浮物流系统动子直线位移检测装置的位移检测方法，动子相对于定子直线移动过程中，途径的各位移传感器依次输出由0至Vmax的线性电压信号，并且每个位移传感器在输出电压为0时产生标志脉冲，在相邻标志脉冲之间插入N个高频周期相同的小脉冲，通过检测动子移动范围内所对应的小脉冲个数n，可计算出动子的绝对位移s，计算公式如下：

式中，S为每个位移传感器输出0至Vmax线性电压所对应的距离区间，即相邻两个位移传感器的距离。

本发明的有益效果如下：

本发明的磁悬浮直线电机采用无铁芯动磁式结构，无需拖链装置和磁栅尺，体积小，损耗小，易于安装维修，直线位移测量简便。本发明的传感器采用线性磁阻传感器HMC1501，线性范围比霍尔传感器好，测量精度高。本发明方法测量逻辑简单，易于实现。通过调节插入线性信号中小脉冲个数的方式，提高了测量精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的位移测量原理说明示意图。

图中：1、第一永磁体；2、第二永磁体；3、滑轮；4、线圈；5、位移传感器；6、螺丝；7、驱动控制电路；8、位移检测电路；9、动子；10、定子。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的具体实施方式。

本实施例的一种磁悬浮物流系统动子直线位移检测装置，如图1所示，包括定子10和相对于定子10沿直线运动的动子9，定子10上沿长度方向安装有等距紧密排列的线圈4，定子10上设有等距排列的位移传感器5，位移传感器5为线性磁阻传感器，且与线圈4的位置一一对应，相邻两位移传感器5的间距等于一个线圈4的宽度；动子9下表面设有第一永磁体1和第二永磁体2，第一永磁体1用于与通电线圈4作用驱动动子9直线运动，第二永磁体2用于与位移传感器5作用，使位移传感器5获取动子9的位置；

还包括驱动控制电路7和位移检测电路8，位移检测电路8用于接收位移传感器5的输出信号，并向驱动控制电路7输出电信号，所述驱动控制电路7处理电信号并计算出动子9的位移，同时输出线圈4的控制电压。

定子10上表面两侧设有滑轨，动子9下表面两侧设有与滑轨滑动连接的滑轮3。

上述实施例中，位移传感器5的输出连接位移检测电路8的输入，位移检测电路8的输出连接驱动控制电路7的输入，驱动控制电路7的输出连接线圈4。

上述实施例中，定子10为一长方形基体，线圈4在定子10上表面的安装槽内紧密排列；第一永磁体1粘贴于动子9下平面中心位置，并与线圈4正对，且第一永磁体1与线圈4留有气隙。

上述实施例中，位移传感器5采用线性磁阻传感器HMC1501，线性范围比霍尔传感器好，测量精度高。第二永磁体2安装在动子9的边缘，第二永磁体2随动子9沿定子10长度方向运动时，便于与位移传感器5产生作用。

滑轮3设置于动子9的四角处，防止动子9直线运动偏移。固定螺丝6用于固定定子10。

本实施例的一种磁悬浮物流系统动子直线位移检测方法，如图2所示，动子9相对于定子10直线移动过程中，途径的各位移传感器5依次输出由0至Vmax的线性电压信号，并且每个位移传感器5在输出电压为0时产生标志脉冲，在相邻标志脉冲之间插入N个高频周期相同的小脉冲，通过检测动子9移动范围内所对应的小脉冲个数n，可计算出动子9的绝对位移s，计算公式如下：

式中，S为每个位移传感器5输出0至Vmax线性电压所对应的距离区间，即相邻两个位移传感器5的距离。

上述实施例中，位移检测电路8连接各位移传感器5，接收各位移传感器5输出的线性电压信号，并将线性电压信号输出给驱动控制电路7，驱动控制电路7包括控制器和功率电路，通过控制器对线性电压信号进行检测和处理——插入小脉冲，并根据上述公式计算得出动子9的直线位移。上述控制器可采用单片机或数字信号处理器等。

本实施例的位移测量原理如下：

如图2所示，展示了位移传感器的输出与第二永磁体沿线圈排列方向的运动路径的对应关系。图中由上至下分别为第二永磁体的运动方向示意、位移传感器的排列示意、线圈的排列示意，其中线圈的三相绕组依次排列、以前三个位移传感器为例的线性输出示意、传感器产生的标志脉冲以及在相邻脉冲间插入的小脉冲示意。动子9下表面的第二永磁体2通过距其最近的位移传感器5检测动子9当前位置，经位移检测电路8输出控制信号给驱动控制电路7，驱动控制电路7输出电压加载于线圈4，产生电流，并与第一永磁体1相互作用，形成直线电磁力矩，驱使动子9向右直线运动。线圈4紧密依次排成一列，每个线圈宽度均为S，位移传感器5也依次排成一列，每个传感器之间的距离为S。每个位移传感器5与对应的线圈4位置对齐。在图2中，位移传感器5均放于定子线圈4的左端，位移检测电路8直接将位移传感器5输出转变为可变电压信号。当动子9滑动，每次经过1个位移传感器5，也即每次走过位移S时，位移传感器5输出变化范围为0-Vmax的线性电压，并经位移检测电路8接收。

如图2所示，当动子在最左边初始位置A点时，第一个位移传感器输出电压为0，并产生标志脉冲P1，且其余位移传感器的输出均为0；动子向右运动，到达B点时，移动的位移为S，此时第一个位移传感器输出为Vmax，其余位移传感器输出仍保持为0。因此，第一个位移传感器检测位移为S，并且其输出电压从0到Vmax线性增加，则在一个线圈的距离内，每一时刻的电压值Vout与动子移动位移ΔS相对应，即：

ΔS＝(V_out/V_max)×S

动子到达B点后，第二个位移传感器输出电压为0，并产生标志脉冲P2，且其余位移传感器的输出均为0；动子继续向右运动，从B到达C点移动的位移为S，此时第二个位移传感器线性输出电压为Vmax，而且其余位移传感器的输出均为0；同理，依次类推，每个传感器在其对应区间为S的距离内，输出电压均为线性，且范围从0-Vmax。

因此，动子的任意位移均可以通过下述计算得出：

s＝K×S+ΔS

式中，K为线圈距离的整数倍，ΔS为一个线圈距离内的位移。

由于位移检测电路8的输出电压是模拟值，需要进行A/D采集再运算，对传感器的采集速度和精度提出了较高的要求，因此需要进行改进：利用驱动控制电路7的控制器在电压信号相邻标志位之间插入N个高频周期为T0的小脉冲，相邻标志位的时间周期为T，则有：

T＝N*T0

可以通过求得每个区间内的高频小脉冲的个数来求得绝对位移。

例如：从A点开始动子向右运动，检测走过的脉冲数为n1，如n1≤N，则可计算出当前动子的绝对位移为：

动子继续右移，检测走过的脉冲数为n2，如n2≥N，则可计算出当前动子的绝对位移为：

其中：(int)为舍去小数部分，求整数运算符号。

通过上述两个公式即可计算出动子位移。通过提高插入的高频脉冲数的个数N，可提高直线位移的快速测量精度。

本实施例的直线位移检测方法通过动子上的第二永磁体与定子上的传感器相配合实现位置精确测量，由于传感器在一定的角度范围内位移呈现出现线性变化趋势，把这种线性变化的趋势转化为若干小脉冲的形式，通过控制器计算位移对应的小脉冲个数，进而求得绝对位移，不仅易于操作且测量精度高。

Claims (2)

1.一种磁悬浮物流系统动子直线位移的检测方法，其特征在于，所利用的检测装置为：

包括定子(10)和相对于定子(10)沿直线运动的动子(9)，所述定子(10)上沿长度方向安装有等距紧密排列的线圈(4)，所述定子(10)上设有等距排列的位移传感器(5)，所述位移传感器(5)为线性磁阻传感器，且与线圈(4)的位置一一对应，相邻两位移传感器(5)的间距等于一个线圈(4)的宽度；所述动子(9)下表面设有第一永磁体(1)和第二永磁体(2)，所述第一永磁体(1)用于与通电的线圈(4)作用驱动动子(9)直线运动，所述第二永磁体(2)用于与所述位移传感器(5)作用，使位移传感器(5)获取动子(9)的位置；

还包括驱动控制电路(7)和位移检测电路(8)，所述位移检测电路(8)用于接收位移传感器(5)的输出，并向所述驱动控制电路(7)输出电信号，所述驱动控制电路(7)对电信号处理计算到动子(9)位移，同时输出所述线圈(4)的控制电压；

所述检测方法为：

动子(9)相对于定子(10)直线移动过程中，途径的各位移传感器(5)依次输出由0至Vmax的线性电压信号，并且每个位移传感器(5)在输出电压为0时产生标志脉冲，在相邻标志脉冲之间插入N个高频周期相同的小脉冲，通过检测动子(9)移动范围内所对应的小脉冲个数n，可计算出动子(9)的绝对位移s，计算公式如下：

式中，S为每个位移传感器(5)输出0至Vmax线性电压所对应的距离区间，即相邻两个位移传感器(5)的距离。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮物流系统动子直线位移的检测方法，其特征在于，所述定子(10)上表面两侧设有滑轨，所述动子(9)下表面两侧设有与所述滑轨滑动连接的滑轮(3)。

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