一種高響應(yīng)直線電機及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機領(lǐng)域，更具體地說，是涉及一種高響應(yīng)直線電機及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]直線電機的歷史可以追溯到1840年惠斯登制作的并不成功的略現(xiàn)雛形的直線電機，其后的160多年中直線電機經(jīng)歷了探索實驗、開發(fā)應(yīng)用和使用商品化三個時期。1971年至目前，直線電機終于進入獨立應(yīng)用的時期，各類直線電機的應(yīng)用得到了迅速的推廣，制成了許多有實用價值的裝置和產(chǎn)品，例如直線電機驅(qū)動的鋼管輸送機、運煤機、各種電動門、
電動窗等。
[0003]直線電機在日常生活中應(yīng)用很廣，動圈式直線電機以其高線性、小滯環(huán)和較好的響應(yīng)特性而受到廣泛的關(guān)注，但是由于其運動部件慣性大，導(dǎo)致電信號的連續(xù)控制特性不夠好、線性度差、精度低、單向輸出、響應(yīng)慢，靈敏度低，多用于低頻和低精度控制場合。隨著自動控制技術(shù)和信息技術(shù)的高速發(fā)展，對各類自動控制系統(tǒng)的定位精度和響應(yīng)速度提出了更高的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種高響應(yīng)直線電機及控制方法，實現(xiàn)了直線電機的快速、精確回位或定位，提升直線電機的響應(yīng)速度。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:
[0006]一種高響應(yīng)直線電機，包括左端蓋、與左端蓋連接的右端蓋、設(shè)于左端蓋與右端蓋間且與左端蓋連接的中端蓋；
[0007]所述右端蓋內(nèi)設(shè)有若干片呈環(huán)形分布的瓦型永磁體，每片瓦型永磁體內(nèi)設(shè)有鐵芯，所述鐵芯連接右端蓋，鐵芯與瓦型永磁體間設(shè)有載流線圈，載流線圈纏繞在繞線筒上，所述繞線筒的中心設(shè)有一端伸出左端蓋的輸出軸；
[0008]所述載流線圈為各自獨立的三組繞組線圈或五組繞組線圈，每個繞組線圈分別與一路控制電路連接；
[0009]所述控制電路包括電信號電路和觸發(fā)信號電路；
[0010]所述電信號電路用于比較輸入給定電流信號與電流傳感器反饋信號，并形成控制信號，此信號再經(jīng)極性鑒別形成勵磁信號、消磁信號兩種電流信號；
[0011]所述觸發(fā)信號電路用于根據(jù)輸入的脈沖振蕩信號形成四種不同相位波形觸發(fā)信號，并利用這四路觸發(fā)信號通過門電路來產(chǎn)生控制分割繞組線圈循環(huán)工作的控制信號。
[0012]作為優(yōu)選的，所述右端蓋上方安裝有接線插座。
[0013]作為優(yōu)選的，所述繞線筒通過定位銷、墊片和螺母固定于輸出軸，并經(jīng)由一導(dǎo)向銷支撐于鐵芯與瓦型永磁體間。
[0014]作為優(yōu)選的，所述中端蓋材料采用白銅。
[0015]作為優(yōu)選的，所述電信號電路包括放大器和極性鑒別電路。
[0016]作為優(yōu)選的，所述放大器用于對初始電流的幅值進行調(diào)動，放大器的輸出電流含有一定頻率和幅值的顫振電流，并對階躍信號自動產(chǎn)生速率可調(diào)的斜坡信號。
[0017]作為優(yōu)選的，所述觸發(fā)信號電路包括D觸發(fā)器和PWM控制電路。
[0018]一種上述高響應(yīng)直線電機的控制方法，其特征在于，包括:
[0019]當(dāng)啟動電機時，控制電路對繞組線圈按控制要求給定電流進行勵磁，每個繞組線圈通入同向電流，且根據(jù)繞組位置，其電流大小可各異，這樣載流線圈的總安匝數(shù)將疊加，意味著啟動時峰值電磁力大大增加，可產(chǎn)生較大的推力；
[0020]當(dāng)關(guān)閉電機時，同樣根據(jù)繞組位置，部分控制電路控制繞組線圈以通入反向大電流，以增加瞬時反向加速度，從而控制直線電機的快速和精確回位或定位。
[0021]進一步而言，所述每組繞組線圈的控制方式是利用D觸發(fā)器輸出的循環(huán)工作信號來控制繞組線圈的運行，繞組線圈的控制電流由PWM控制電路驅(qū)動，通過PWM控制電路控制輸出信號的占空比來調(diào)節(jié)輸出電流。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明所述的高響應(yīng)直線電機采用各自獨立的三組繞組線圈或者五組繞組線圈，每個繞組線圈分別與一路控制電路連接，對各繞組線圈按控制要求給定電流進行勵磁，直線電機啟動時，每個繞組線圈通入同向電流，且根據(jù)繞組位置，其電流大小可各異，這樣載流線圈的總安匝數(shù)將疊加，使得啟動時峰值電磁力大大增加，可產(chǎn)生較大的推力；停止時，控制部分繞組線圈通入反向大電流，以增加瞬時反向加速度，從而實現(xiàn)直線電機的快速和精確回位或定位，有利于提升直線電機的響應(yīng)速度。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明高響應(yīng)直線電機的結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0024]圖2是本發(fā)明實施例三組繞組線圈的示意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明實施例五組繞組線圈的示意圖；
[0026]圖4是本發(fā)明實施例線圈工作方式的示意圖；
[0027]圖5是本發(fā)明實施例控制電路的示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明所述的一種高響應(yīng)直線電機及控制方法作進一步說明。
[0029]以下是本發(fā)明的一種較佳實施例，并不因此限定本發(fā)明的保護范圍。
[0030]圖1示出了一種高響應(yīng)直線電機，包括左端蓋10、與左端蓋10連接的右端蓋2、設(shè)于左端蓋10與右端蓋2間且與左端蓋10連接的中端蓋8 ;所述左端蓋10和右端蓋2相互連接形成一容置空間，該容置空間中右端蓋2內(nèi)設(shè)有若干片呈環(huán)形分布的瓦型永磁體1，所述若干瓦型永磁I體內(nèi)設(shè)有鐵芯4，且與右端蓋2的一端用螺釘3固定連接，鐵芯4與瓦型永磁體I間設(shè)有載流線圈6，載流線圈6纏繞在繞線筒12上，所述繞線筒12的中心設(shè)有一端伸出左端蓋10的輸出軸14 ;所述右端蓋2上方安裝有接線插座9。
[0031]所述繞線筒12通過定位銷13、墊片7和螺母5固定于輸出軸14，并經(jīng)由一導(dǎo)向銷15支撐于鐵芯4與瓦型永磁體I間。
[0032]所述載流線圈6為各自獨立的三組繞組線圈(如圖2所示，三組繞組線圈分別為61、62、63)或五組繞組線圈(如圖3所示，在三組線圈的基礎(chǔ)上增加64、65兩組繞組線圈)，每個繞組線圈分別與一路控制電路連接，對各繞組線圈按控制要求給定電流進行勵磁。在輸入信號加載到載流線圈后，載流線圈在恒定磁場中受到電磁力作用，從而帶動輸出軸產(chǎn)生往復(fù)直線運動。
[0033]在本實施例中，中端蓋8采用白銅材料，具有隔磁效果，可減小瓦型永磁體I提供的磁場的損失，中端蓋8通過第一螺釘11和第二螺釘16與采用鋁合金材料的左端蓋10相連。
[0034]圖4是控制電路框圖，從圖中可以看出，系統(tǒng)的控制電路共分兩路，一路是輸入給定電流信號與電流傳感器反饋信號相比較形成控制信號，此信號經(jīng)放大器處理后再經(jīng)極性鑒別電路形成勵磁、消磁兩種電流信號(即電信號電路)，勵磁信號輸入到PWM控