CN216846066U

CN216846066U - 一种直线电机的位置检测及驱动电路

Info

Publication number: CN216846066U
Application number: CN202123249210.9U
Authority: CN
Inventors: 居杰; 王军
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2022-06-28
Anticipated expiration: 2031-12-22

Abstract

本实用新型专利公开了一种直线电机的位置检测及驱动电路，其特征在于：包括磁位移传感器电路、2.5V电压产生电路、差分放大电路、信号比较电路、MCU控制电路和线圈驱动电路。所述磁位移传感器电路用于产生直线电机动子的位置信号；所述2.5V电压产生电路用于产生2.5V电压；所述差分放大电路用于将磁位移传感器产生的信号进行差分放大；所述信号比较电路用于将差分放大电路处理后的信号与2.5V电压比较；所述MCU控制电路用于检测比较器输出的上升沿信号；所述线圈驱动电路用于将单片机发出的小电流信号放大为满足线圈驱动要求的大电流信号。本电路具有结构简单、可靠性强、成本低等优点。

Description

一种直线电机的位置检测及驱动电路

技术领域

本实用新型专利涉及直线电机领域,具体涉及一种直线电机的位置检测及驱动电路。

背景技术

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动的机械能而不需要任何中间转换机构的传动装置，相对于传统电机优势明显，如结构简单、无磨损、噪声低、速度快、精度高等。为了使得直线电机能够正常运行，我们需要在直线电机的动子通过磁位移传感器的瞬间接通对应的定子线圈。传统电机通常使用霍尔传感器来实现电机位置的检测，而本实用新型专利选择的是磁位移传感器，通过传感器阵列能够实现对于直线电机动子位置的监测。同时本实用新型专利的线圈驱动电路也能够满足直线电机线圈对于大电压、大电流的大功率驱动系统的要求。

实用新型内容

本实用新型专利所要解决的技术问题是针对直线电机运动过程中动子位置确定以及定子线圈驱动，本电路具有结构简单、可靠性强、成本低等优点，有广泛的应用价值。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种直线电机的位置检测及驱动电路，其特征在于：包括磁位移传感器电路、2.5V电压产生电路、差分放大电路、信号比较电路、MCU控制电路和线圈驱动电路。所述磁位移传感器电路用于产生直线电机定子的位置信号；所述2.5V电压产生电路用于产生2.5V电压；所述差分放大电路用于将磁位移传感器产生的信号进行差分放大；所述信号比较电路用于将差分放大电路处理后的信号与2.5V电压比较；所述MCU 控制电路用于检测比较器输出的电平变化；所述线圈驱动电路用于将单片机发出的小电流信号放大为满足线圈驱动要求的大电流信号。

作为本实用新型专利进一步改进的技术方案，所述磁位移传感器电路包括磁位移传感器U1、电源和地。所述磁位移传感器U1的引脚1与信号处理模块中的电阻R5的一端连接，所述磁位移传感器U1的引脚2与磁位移传感器U1的引脚7以及地连接，所述磁位移传感器U1的引脚8与信号处理模块中的电阻 R4的一端连接，所述磁位移传感器U1的引脚5与电源连接。

作为本实用新型专利进一步改进的技术方案，所述2.5V电压产生电路包括电阻R1、电阻R2、运算放大器U2A、电源和地。所述电阻R1的一端与电源连接，所述电阻R1的另一端与运算放大器U2A的引脚3 以及电阻R2的一端连接；所述电阻R2的另一端与地连接；所述运算放大器U2A的引脚2与运算放大器 U2A的引脚1、信号处理模块中的电阻R3的一端以及信号比较模块中的比较器U3的引脚3连接，所述运算放大器U2A的引脚8与电源连接，所述运算放大器U2A的引脚4与地连接。

作为本实用新型专利进一步改进的技术方案，所述差分放大电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、运算放大器U2B、电源和地。所述电阻R3的另一端与电阻R4的另一端以及运算放大器U2B的引脚5连接；所述电阻R5的另一端与运算放大器U2B的引脚6以及电阻R6的一端连接；所述电阻R6的另一端与运算放大器U2B的引脚7以及信号比较模块中的比较器U3的引脚2连接；所述运算放大器U2B 的引脚8与电源连接，所述运算放大器U2B的引脚4与地连接。

作为本实用新型专利进一步改进的技术方案，所述信号比较电路包括电阻R7、比较器U3、电源和地。所述电阻R7的一端与电源以及比较器U3的引脚8连接，所述电阻R7的另一端与比较器U3的引脚7以及控制模块中的单片机U4的引脚1连接；所述比较器U3的引脚1与比较器U3的引脚4以及地连接。

作为本实用新型专利进一步改进的技术方案，所述MUC控制电路包括单片机U4、电阻R8、电容C1、电容C2、电容C3、晶振Y1、电源和地。所述电容C1的一端与晶振Y1的一端以及单片机U4的引脚18 连接，所述电容C1的另一端与地连接；所述电容C2的一端与晶振Y1的另一端以及单片机U4的引脚19 连接，所述电容C2的另一端与地连接；所述电容C3的一端与电源连接，所述电容C3的另一端与单片机 U4的引脚9以及电阻R8的一端连接；所述电阻R8的另一端与地连接；所述单片机U4的引脚40与电源以及单片机U4的引脚31连接，所述单片机U4的引脚21与线圈驱动模块中的R9的一端连接。

作为本实用新型专利进一步改进的技术方案，所述线圈驱动电路包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、运算放大器U5、运算放大器U6A、线圈W1、正电源、负电源和地。所述电阻R9的另一端与运算放大器U5的引脚1连接；所述运算放大器U5的引脚3与负电源连接，所述运算放大器U5的引脚5 与正电源连接，所述运算放大器U5的引脚2与运算放大器U6A的引脚1以及电阻R11的一端连接，所述运算放大器U5的引脚4与线圈W1的一端连接；所述线圈W1的另一端与电阻R10的一端以及运算放大器U6A的引脚3连接；所述电阻R10的另一端与地连接；所述电阻R11的另一端与运算放大器U6A的引脚2以及电阻R12的一端连接；所述电阻R12的另一端与地连接；所述运算放大器的引脚8与正电源连接，所述运算放大器的引脚4与负电源连接。

本实用新型专利的有益效果为：本实用新型专利通过磁位移传感器电路、2.5V电压产生电路、差分放大电路、信号比较电路、MCU控制电路和线圈驱动电路，实现了对直线电机的位置检测和驱动。本电路具有结构简单、可靠性强、成本低等优点，有广泛的应用价值。

附图说明

图1为本实用新型专利所述的一种线电机的位置检测及驱动电路的组成模块示意图。

图2为本实用新型专利所述的一种线电机的位置检测及驱动电路的具体实施电路图。

具体实施方式

下面根据图1至图2对本实用新型的具体实施方式做局进一步说明：

参见图1和图2，一种线电机的位置检测及驱动电路，包括磁位移传感器电路、2.5V电压产生电路、差分放大电路、信号比较电路、MCU控制电路、线圈驱动电路。所述磁位移传感器电路与2.5V电压产生电路连接后与差分放大电路连接，所述差分信号放大电路与2.5V电压产生电路连接后与信号比较电路连接，所述信号比较电路与MCU控制电路连接，所述MCU控制电路与线圈驱动电路连接。

本实施例中，参见图2，所述磁位移传感器电路包括磁位移传感器U1、电源和地。所述磁位移传感器U1的引脚1与信号处理模块中的电阻R5的一端连接，所述磁位移传感器U1的引脚2与磁位移传感器U1的引脚7以及地连接，所述磁位移传感器U1的引脚8与信号处理模块中的电阻R4的一端连接，所述磁位移传感器U1的引脚5与电源连接。所述磁位移传感器电路采用的磁位移传感器U1能够产生 OUT+,OUT-两路输出，便于后续差分放大电路进行差分放大。

本实施例中，参见图2，所述2.5V电压产生电路包括电阻R1、电阻R2、运算放大器U2A、电源和地。所述电阻R1的一端与电源连接，所述电阻R1的另一端与运算放大器U2A的引脚3以及电阻R2的一端连接；所述电阻R2的另一端与地连接；所述运算放大器U2A的引脚2与运算放大器U2A的引脚1、信号处理模块中的电阻R3的一端以及信号比较模块中的比较器U3的引脚3连接，所述运算放大器U2A的引脚8与电源连接，所述运算放大器U2A的引脚4与地连接。所述2.5V电压产生电路通过电阻分压的原理将5V的电源电压分压得到2.5V的电压信号，通过电压跟随电路来隔离前后级电路，同时匹配阻抗以提高带负载能力。

本实施例中，参见图2，所述差分放大电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、运算放大器 U2B、电源和地。所述电阻R3的另一端与电阻R4的另一端以及运算放大器U2B的引脚5连接；所述电阻 R5的另一端与运算放大器U2B的引脚6以及电阻R6的一端连接；所述电阻R6的另一端与运算放大器U2B 的引脚7以及信号比较模块中的比较器U3的引脚2连接；所述运算放大器U2B的引脚8与电源连接，所述运算放大器U2B的引脚4与地连接。所述差分信号放大电路将磁位移传感器产生的OUT+与OUT-信号进行减法运算后再放大R6/R5(R6＝R3且R5＝R4)倍后，再将得到的信号的电平抬高2.5V，即

在磁位移传感器测量范围内，若动子未经过磁位移传感器，(Vout--Vout+) 为负值，即Vo＞2.5；若动子恰好位于磁位移传感器正中心，(Vout--Vout+)为0，即Vo＝2.5；若动子已经过磁位移传感器，(Vout--Vout+)为正值，即Vo＞2.5。

本实施例中，参见图2，所述信号比较电路包括电阻R7、比较器U3、电源和地。所述电阻R7的一端与电源以及比较器U3的引脚8连接，所述电阻R7的另一端与比较器U3的引脚7以及控制模块中的单片机U4的引脚1连接；所述比较器U3的引脚1与比较器U3的引脚4以及地连接。所述信号比较电路将差分放电电路处理后的信号(Vo)与2.5V的基准电压进行比较，若差分放电电路处理后的信号(Vo)的电压幅值高于2.5V，则比较器输出高电平，否则比较器保持低电平。

本实施例中，参见图2，所述MUC控制电路包括单片机U4、电阻R8、电容C1、电容C2、电容C3、晶振Y1、电源和地。所述电容C1的一端与晶振Y1的一端以及单片机U4的引脚18连接，所述电容C1的另一端与地连接；所述电容C2的一端与晶振Y1的另一端以及单片机U4的引脚19连接，所述电容C2的另一端与地连接；所述电容C3的一端与电源连接，所述电容C3的另一端与单片机U4的引脚9以及电阻 R8的一端连接；所述电阻R8的另一端与地连接；所述单片机U4的引脚40与电源以及单片机U4的引脚 31连接，所述单片机U4的引脚21与线圈驱动模块中的R9的一端连接。所述MCU控制电路中的单片机U4的P1.0口通过中断检测比较器的电平变化，若检测到上升沿，则由单片机U4的P2.0口发出一个定时长的方波。

本实施例中，参见图2，所述线圈驱动电路包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、运算放大器U5、运算放大器U6A、线圈W1、正电源、负电源和地。所述电阻R9的另一端与运算放大器U5的引脚1连接；所述运算放大器U5的引脚3与负电源连接，所述运算放大器U5的引脚5与正电源连接，所述运算放大器U5的引脚2与运算放大器U6A的引脚1以及电阻R11的一端连接，所述运算放大器U5 的引脚4与线圈W1的一端连接；所述线圈W1的另一端与电阻R10的一端以及运算放大器U6A的引脚3 连接；所述电阻R10的另一端与地连接；所述电阻R11的另一端与运算放大器U6A的引脚2以及电阻R12 的一端连接；所述电阻R12的另一端与地连接；所述运算放大器的引脚8与正电源连接，所述运算放大器的引脚4与负电源连接。所述线圈驱动电路的目的是将单片机U4的P2.0口的小电流信号放大为适合驱动电机的大电流信号，而所述线圈驱动电路中由运算放大器U6A、电阻R11以及电阻R12组成的同向比例放大电路将电阻R10端的电位放大后反馈到运算放大器U5的反向输入端，保证了线运算放大器U5能够工作在线性区，整个电路实现深度负反馈，从而满足电机线圈对于大电压、大电流的大功率驱动系统的要求。

本实施例公开了一种直线电机的位置检测及驱动电路。测试表明，此电路能够实现对于直线电机动子位置的检测，同时满足直线电机定子线圈的驱动要求，在直线电机领域，具有重要意义。

尽管本实用新型专利的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用新型专利的领域。对于熟悉本领域的人员而言可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型专利并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims

1.一种直线电机的位置检测及驱动电路，其特征在于：包括磁位移传感器电路、2.5V电压产生电路、差分放大电路、信号比较电路、MCU控制电路和线圈驱动电路，所述磁位移传感器电路用于产生直线电机定子的位置信号；所述2.5V电压产生电路用于产生2.5V电压；所述差分放大电路用于将磁位移传感器产生的信号进行差分放大；所述信号比较电路用于将差分放大电路处理后的信号与2.5V电压比较；所述MCU控制电路用于检测比较器输出的电平变化；所述线圈驱动电路用于将单片机发出的小电流信号放大为满足线圈驱动要求的大电流信号。

2.根据权利要求1所述的一种直线电机的位置检测及驱动电路，其特征在于：所述磁位移传感器电路包括磁位移传感器U1、电源和地，所述磁位移传感器U1的引脚1与差分信号放大电路中的电阻R5的一端连接，所述磁位移传感器U1的引脚2与磁位移传感器U1的引脚7以及地连接，所述磁位移传感器U1的引脚8与差分信号放大电路中的电阻R4的一端连接，所述磁位移传感器U1的引脚5与电源连接。

3.根据权利要求2所述的一种直线电机的位置检测及驱动电路，其特征在于：所述2.5V电压产生电路包括电阻R1、电阻R2、运算放大器U2A、电源和地，所述电阻R1的一端与电源连接，所述电阻R1的另一端与运算放大器U2A的引脚3以及电阻R2的一端连接；所述电阻R2的另一端与地连接；所述运算放大器U2A的引脚2与运算放大器U2A的引脚1、差分信号放大电路中的电阻R3的一端以及信号比较电路中的比较器U3的引脚3连接，所述运算放大器U2A的引脚8与电源连接，所述运算放大器U2A的引脚4与地连接。

4.根据权利要求3所述的一种直线电机的位置检测及驱动电路，其特征在于：所述差分放大电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、运算放大器U2B、电源和地，所述电阻R3的另一端与电阻R4的另一端以及运算放大器U2B的引脚5连接；所述电阻R5的另一端与运算放大器U2B的引脚6以及电阻R6的一端连接；所述电阻R6的另一端与运算放大器U2B的引脚7以及信号比较模块中的比较器U3的引脚2连接；所述运算放大器U2B的引脚8与电源连接，所述运算放大器U2B的引脚4与地连接。

5.根据权利要求4所述的一种直线电机的位置检测及驱动电路，其特征在于：所述信号比较电路包括电阻R7、比较器U3、电源和地，所述电阻R7的一端与电源以及比较器U3的引脚8连接，所述电阻R7的另一端与比较器U3的引脚7以及控制模块中的单片机U4的引脚1连接；所述比较器U3的引脚1与比较器U3的引脚4以及地连接。

6.根据权利要求5所述的一种直线电机的位置检测及驱动电路，其特征在于：所述MCU控制电路包括单片机U4、电阻R8、电容C1、电容C2、电容C3、晶振Y1、电源和地，所述电容C1的一端与晶振Y1的一端以及单片机U4的引脚18连接，所述电容C1的另一端与地连接；所述电容C2的一端与晶振Y1的另一端以及单片机U4的引脚19连接，所述电容C2的另一端与地连接；所述电容C3的一端与电源连接，所述电容C3的另一端与单片机U4的引脚9以及电阻R8的一端连接；所述电阻R8的另一端与地连接；所述单片机U4的引脚40与电源以及单片机U4的引脚31连接，所述单片机U4的引脚21与线圈驱动模块中的R9的一端连接。

7.根据权利要求6所述的一种直线电机的位置检测及驱动电路，其特征在于：所述线圈驱动电路包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、运算放大器U5、运算放大器U6A、线圈W1、正电源、负电源和地，所述电阻R9的另一端与运算放大器U5的引脚1连接；所述运算放大器U5的引脚3与负电源连接，所述运算放大器U5的引脚5与正电源连接，所述运算放大器U5的引脚2与运算放大器U6A的引脚1以及电阻R11的一端连接，所述运算放大器U5的引脚4与线圈W1的一端连接；所述线圈W1的另一端与电阻R10的一端以及运算放大器U6A的引脚3连接；所述电阻R10的另一端与地连接；所述电阻R11的另一端与运算放大器U6A的引脚2以及电阻R12的一端连接；所述电阻R12的另一端与地连接；所述运算放大器的引脚8与正电源连接，所述运算放大器的引脚4与负电源连接。