CN200953528Y

CN200953528Y - 磁悬浮式直线电机结构

Info

Publication number: CN200953528Y
Application number: CN 200520052786
Authority: CN
Inventors: 谢文超
Original assignee: HUNAN TIANAN DOOR INDUSTRY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HUNAN TIANAN DOOR INDUSTRY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2015-12-15

Abstract

本实用新型公开了一种磁悬浮式直线电机结构，由定子、动子、检测装置、微电脑控制器组成，其中动子是由若干块永磁体排列而成，永磁体的磁极按N、S交替排列；定子是由若干铁芯线圈固定在固定部件上而成，铁芯线圈的排列方式按照三相A、B、C顺序排列，铁芯线圈以3个为一组，可任意长度的排列；线圈与永磁铁的尺寸关系为：在线圈排列方向上，A、B、C三个线圈的总长度等于二个永磁铁(N、S)的总长度；动子位于与定子上铁芯线圈相对应的位置，检测装置为三个霍尔传感器，它们分别设置在距离铁芯线圈组端部的位置分别为：0.5倍线圈的长度、1倍线圈的长度、1.5倍线圈的长度，霍尔传感器通过导线与微电脑控制器连接。

Description

磁悬浮式直线电机结构

技术领域

本实用新型涉及一种磁悬浮式直线电机。

背景技术

目前，世界各国制造和使用的直线电机都是动子相对于定子做往复直线运动的。有的虽然具有多个永磁铁成列组成的结构但只能做直线运动而不能控制位移。而直线步进直线电机则虽能控制位移，但是在动子上要开齿槽，因为其动子与定子之间是通过齿槽来定位的。齿槽的精度直接关系到位移的精确度。当要求高精度定位时，其制造成本高、制作难度大，因此不适合某些要求精准定位的产品，另外稳定性和噪声都不理想。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能够做往复直线运动的高精准定位的直线电机结构，以克服现有技术带来的不稳定和噪声偏大的难题。

本实用新型的目的是这样实现的：直线电机的结构是由定子、动子和检测装置、微电脑控制器组成，其中动子是由若干块永磁体排列而成，永磁体的磁极可按N、S交替排列，可任意长度的排列；定子是由若干铁芯线圈固定在固定部件上而成，铁芯线圈的排列方式按照三相A、B、C顺序排列，铁芯线圈以3个为一组，可任意长度的排列；线圈与永磁铁的尺寸关系为：在线圈排列方向上，A、B、C三个线圈的总长度等于二个永磁铁(N、S)的总长度，即对于每一组铁心线圈，在同一尺寸内，动子上永磁铁数与定子上铁芯线圈数之比为2∶3，如：三个线圈的总长度为48mm，每个线圈长度为16mm，那么永磁铁N、S的长度也为48mm。每块永磁铁为24mm。即单个线圈长度尺寸与单块磁铁长度尺寸对应关系为2∶3。如：线圈为14mm那么单块磁铁为21mm；线圈为12mm那么单块磁铁为18mm。动子位于与定子上铁芯线圈相对应的位置，它们的位置可以是：定子铁心线圈为上下排列而动子悬浮于定子铁心线圈的中间；或定子铁心线圈并排排列而动子悬浮于定子铁心线圈的正下方；或定子铁心线圈成倒U型排列而动子悬浮于倒U型的铁心线圈中间(线圈是由漆包线绕制而成)；或动子位于定子铁芯线圈之上。检测装置为三个霍尔传感器，它们分别设置在距离铁芯线圈组端部的位置分别为：0.5倍线圈的长度、1倍线圈的长度、1.5倍线圈的长度，如铁芯线圈的长度为16mm，则三个霍尔传感器距离铁芯线圈组端部分别为：8mm、16mm、24mm。之所以采用这种位置设置，是因为霍尔信号在该处变化时是铁芯线圈与动子之间磁场作用力方向发生改变的临界点，只有在此三个位置通过控制器改变铁芯线圈电流方向，才能保证磁场作用力方向的一致性。霍尔传感器通过导线与微电脑控制器连接。上述的动子和定子也可以分别由铁芯线圈和永磁铁组成，这时永磁铁作为固定部件固定，铁芯线圈作为运动部件运动。

三个霍尔传感器用来检测动子永磁铁与定子线圈之间的位置关系，从而确定给定子铁芯线圈的通电，微电脑控制器通过对霍尔传感器输入信号的处理，得出此刻电机的实际位置和运行速度(通过速度来调节PWM占空比)，并及时对电机的通电状况换相(这里需要求出一个准确的换相时序)，当电机达到一定的位置时采用反向制动，取代电机传统的反电势制动速度位置双闭环反馈，精确控制电机每拍运行的速度和位置，并把位置作为外环控制速度作为内环控制(PI控制，经过调试仅用P控制已能达到控制目的)，以达到最后所需位置的精确控制。

本实用新型在应用中，可以用于需要提供各种做直线往复运动的机械装置。具体应用时，可以将定子部件相对于动子部件固定，在保持动子部件与定子铁芯线圈始终处于相对应位置的前提下，将动子部件采用嵌合滑动配合的方式固定在定子部件上，或固定在其它固定部件(未设置铁芯线圈)上，嵌合方式包括在相配合的两部件上分别设置凹槽与凸轨之间的嵌合、凹槽轮与凸轨之间的嵌合、凸轮与凹槽之间的配合，动子部件与定子部件之间采用嵌合方式的滑动配合，是为了使动子在一个方向上始终能保持与定子铁芯线圈的相对位置不变，即只能沿着一固定方向做直线往复运动，而在其它方向受到限制不能与定子做相对运动。

本实用新型的工作原理：当铁芯线圈通交流电后，三相铁芯线圈在其两端产生成有规律交替变换的南北极磁场，线圈产生的磁场与永磁铁动子产生吸力或者斥力，从而驱动永磁铁动子的运行。

当电机运行的时候，霍尔传感器根据其磁感应工作原理会输出三个窄脉冲中断信号给控制器，每一个中断信号就是说明电机运行了一拍，具体的作用就是让控制器知道此时的电机运行到了什么位置。电机的宽脉冲状态信号，就是说明每个线圈下此刻所对应的永磁铁的极性是什么状态，那么要改变线圈的磁性就要改变其通电电流的方向及其时间长度，这就需要来改变线圈的通电时序和PWM波的占空比。线圈的通电时序由传感器信号处理模块内部的逻辑电路来决定，但其占空比则是根据控制器里的软件来确定，首先设定一个PWM周期，再通过一个速度的比较来计算出PWM的占空比。

本实用新型具有以下优点：

一、因为机械结构简单，从而降低了机械磨损，减少了维护，系统的可靠性和稳定性都得到了提高，同时提高了安装的方便性；

二、因为此系统没采用旋转电机和减速传动装置，因此电机运行的阻力大大减少，再加上采用霍尔传感器与微电脑控制器控制电机的运行，可以高精度的精确定位；

三、因为减少了机械摩擦，大大减少了电机运行过程中的机械噪音；

四、由于永磁体和铁芯线圈组可任意长度的排列，因此在使用长度上没有限制。

下面结合附图进一步详细说明本实用新型的技术方案。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1的左视图。

图3为动子的剖视图。

图4为动子的俯视图。

图5为定子的示意图。

图6、图7分别为本实用新型工作原理示意图。

具体实施方式

见图1至图7，直线电机由具有直线长度方向的定子2、动子3和检测装置10、微电脑控制器4组成，其中动子3是由若干块永磁铁301包裹在铝型材内成直线排列而成，其中永磁体301的磁极相对放置，定子2是由上下两条成直线排列的若干铁芯线圈201固定在固定部件1上而成，其中铁芯202是由T字型的导磁铁心组成，铁芯骨架203是由绝缘塑料组成，线圈是由漆包线绕制而成，铁芯线圈201的排列方式按照A、B、C三相，按照3个为一组顺序排列，可任意长度的排列。线圈201与永磁铁301的尺寸关系为：在线圈201排列方向上，A、B、C线圈201的总长度是二个永磁铁(N、S)301的尺寸的总长度。每三个线圈201的总长度为48mm，其中每个线圈201长度为16mm，每二个永磁铁301(N、S)的长度也为48mm，每块永磁铁301为24mm。动子3与定子铁芯线圈201的位置是，定子铁心线圈201分上下排列，动子3悬浮于中间，检测装置10为三个霍尔传感器，它们分别设置在距离铁芯线圈201组端部的8mm、16mm、24mm处，并通过导线与微电脑控制器4连接；定子2固定在固定部件1上，在固定部件1上设有上下导轨7、9，动子3固定在支撑板5上，支撑板5上设有上下凹槽滚轮6、8并卡在定子上的导轨7、9上，形成定子2与动子3之间的嵌合方式滑动配合。

其运行过程可以结合图6、图7说明：此电机为三相(A、B、C)交流直线电机，通过三个霍尔传感器10来检测动子永磁铁301与定子线圈201之间的位置关系，从而来确定给定子线圈201的通电。当霍尔传感器检测到A与B相线圈201下面的永磁铁301状态为N极，C相线圈201下面的永磁铁301为S极时，若三相通电顺序为AC→B，根据奥斯特电生磁原理在线圈201A和C下面的磁极为S极，则线圈201B下面的磁极为N极，根据磁场同性相斥，异性相吸的原理从而把永磁动子驱动。图6表示动子向右运动，图7表示动子向左运动。

Claims

1、一种磁悬浮式直线电机结构，其组成包括定子、动子，其特征在于还包括检测装置、微电脑控制器，其中动子是由若干块永磁体排列而成，永磁体的磁极按N、S交替排列；定子是由若干铁芯线圈固定在固定部件上而成，铁芯线圈的排列方式按照三相A、B、C顺序排列，铁芯线圈以3个为一组，可任意长度的排列；线圈与永磁铁的尺寸关系为：在线圈排列方向上，A、B、C三个线圈的总长度等于二个永磁铁(N、S)的总长度，即对于每一组铁心线圈，在同一尺寸内，动子上永磁铁数与定子上铁芯线圈数之比为2∶3；动子位于与定子上铁芯线圈相对应的位置；检测装置为三个霍尔传感器，它们分别设置在距离铁芯线圈组端部的位置分别为：0.5倍线圈的长度、1倍线圈的长度、1.5倍线圈的长度，霍尔传感器通过导线与微电脑控制器连接。

2、根据权利要求1所述的磁悬浮式直线电机结构，其特征在于所述的动子和定子分别由铁芯线圈和永磁铁组成，这时永磁铁作为固定部件，铁芯线圈作为运动部件。

3、根据权利要求1或2所述的磁悬浮式直线电机结构，其特征在于动子与定子上铁芯线圈相对应的位置可以是：定子铁心线圈为上下排列而动子悬浮于定子铁心线圈的中间；或定子铁心线圈并排排列而动子悬浮于定子铁心线圈的正下方；或定子铁心线圈成倒U型排列而动子悬浮于倒U型的铁心线圈中间；或动子位于定子铁芯线圈之上。

4、根据权利要求1或2所述的磁悬浮式直线电机结构，其特征在于将定子部件相对于动子部件固定，在保持动子部件与定子铁芯线圈始终处于相对应位置的前提下，将动子部件采用嵌合滑动配合的方式固定在定子部件上，或固定在其它固定部件上，嵌合方式包括在相配合的两部件上分别设置凹槽与凸轨之间的嵌合、凹槽轮与凸轨之间的嵌合、凸轮与凹槽之间的配合。

5、根据权利要求3所述的磁悬浮式直线电机结构，其特征在于将定子部件相对于动子部件固定，在保持动子部件与定子铁芯线圈始终处于相对应位置的前提下，将动子部件采用嵌合滑动配合的方式固定在定子部件上，或固定在其它固定部件上，嵌合方式包括在相配合的两部件上分别设置凹槽与凸轨之间的嵌合、凹槽轮与凸轨之间的嵌合、凸轮与凹槽之间的配合。