直线电机的制作方法

本发明属于电机测量技术领域，特别涉及一种直线电机。

背景技术：

永磁动子直线电机是一种重要的直线电机配置形式，目前主要用在磁悬浮列车、电磁弹射等精度要求不高的领域。近年来，永磁动子直线电机在电磁直驱物料传输领域获得了突破性进展，但是因为永磁动子直线电机的动子位置反馈主要采用的是霍尔磁场定位的方法，目前所能达到的精度依然有限，大概在±10微米精度。

因此，有必要提供一种高精度、应用广的直线电机。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种直线电机，旨在解决现有技术中直线电机精度较低、应用场景受限的技术问题。

本发明提供一种直线电机，包括绕组定子、永磁动子和光栅闭环反馈系统，所述绕组定子固定设置在直线电机的壳体内，所述永磁动子可滑动的设置在所述绕组定子的上方，且可沿所述绕组定子的长度方向做直线运动；所述光栅闭环反馈系统包括多个光栅尺读头、光栅尺和信号处理系统，多个所述光栅尺读头沿所述绕组定子的长度方向间隔固定设置，所述光栅尺固定在所述永磁动子上，且所述光栅尺的长度大于相邻两个所述光栅尺读头的间距，所述信号处理系统与所述光栅尺读头通信连接。

进一步地，所述信号处理系统包括差分接收器和信号处理单元，所述信号处理单元和所述光栅尺读头分别与所述差分接收器通信连接。

进一步地，所述差分接收器的数量与所述光栅尺读头的数量相等，且所述差分接收器与所述光栅尺读头一一对应连接。

进一步地，所述信号处理单元与工业以太网通信连接。

进一步地，所述绕组定子包括多个绕组定子段，多个所述绕组定子段依次排列固定设置在所述壳体内。

进一步地，相邻两个所述光栅尺读头的间距不等于所述光栅尺周期长度的n/2倍，所述n为整数。

进一步地，所述光栅尺通过粘附的方式固定在所述永磁动子上。

进一步地，所述光栅尺为双码道光栅尺。

进一步地，所述壳体内沿所述绕组定子的长度方向设置有滑轨，所述永磁动子可滑动的设置在所述滑轨上。

进一步地，所述壳体内还设置有冷却装置。

本发明提供的直线电机的有益效果在于：

直线电机包括绕组定子、永磁动子和光栅闭环反馈系统，其中光栅闭环反馈系统包括多个光栅尺读头、光栅尺和信号处理系统，光栅尺固定在永磁动子上，光栅尺读头读取光栅尺的数值，信号处理系统高速同步采集多个光栅尺读头信号，经过处理后得到永磁动子的位置。通过光栅闭环反馈系统将直线电机的位置反馈精度提升到微米级，乃至亚微米级，极大扩大永磁动子直线电机的应用场景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实施例中直线电机的结构示意图；

图2是本实施例中信号处理系统的工作原理图；

图3是本实施例中差分接收器的工作原理图。

图中标记的含义为：

1、绕组定子；11、绕组定子段；2、永磁动子；3、光栅尺读头；4、光栅尺；5、信号处理系统；51、差分接收器；52、信号处理单元。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了说明本发明所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

请参阅图1，本实施例提供一种直线电机，包括绕组定子1、永磁动子2和光栅闭环反馈系统，绕组定子1固定设置在直线电机的壳体内，永磁动子2可滑动的设置在绕组定子1的上方，且可沿绕组定子1的长度方向做直线运动；光栅闭环反馈系统包括多个光栅尺读头3、光栅尺4和信号处理系统5，多个光栅尺读头3沿绕组定子1的长度方向间隔固定设置，光栅尺4固定在永磁动子2上，且光栅尺4的长度大于相邻两个光栅尺读头3的间距，信号处理系统5与光栅尺读头3通信连接。

如图1、图2所示，直线电机包括固定设置的绕组定子1和沿绕组定子1的长度方向作直线运动的永磁动子2，光栅闭环反馈系统包括多个光栅尺读头3，光栅尺4和信号处理系统5。其中光栅尺4固定在永磁动子2上，随永磁动子2在绕组定子1的长度方向作直线运动。多个光栅尺读头3依次间隔固定在绕组定子1的长度方向，与绕组定子1保持静止，相邻的两个光栅尺读头3的间距相等，且小于或等于光栅尺4的长度，以确保至少有一个光栅尺读头3可以采集永磁动子2的位置信息。信号处理系统5与多个光栅尺读头3皆通信连接，高速同步采集多个光栅尺读头3的信号，并进行比较转换为单个读头光栅尺4信号，获得光栅尺4相对移动的位移量，从而分析得到永磁动子2精确的位置信息、运动状态。利用光栅闭环反馈系统进行线性位移量的测量，以实现较高的测量精度，有效提高了直线电机的精度。

本实施例提供的直线电机的有益效果在于：直线电机包括绕组定子1、永磁动子2和光栅闭环反馈系统，其中光栅闭环反馈系统包括多个光栅尺读头3、光栅尺4和信号处理系统5，光栅尺4固定在永磁动子2上，光栅尺读头3读取光栅尺4的数值，信号处理系统5高速同步采集多个光栅尺读头3信号，经过处理后得到永磁动子2的位置。通过光栅闭环反馈系统将直线电机的位置反馈精度提升到微米级，乃至亚微米级，极大扩大永磁动子2直线电机的应用场景。

作为本实施例的进一步优选，信号处理系统5包括差分接收器51和信号处理单元52，信号处理单元52和光栅尺读头3分别与差分接收器51通信连接。

如图2、图3所示，信号处理系统5包括差分接收器51和信号处理单元52，光栅尺读头3采集光栅尺4数值经过处理后，信号传输至差分接收器51。通过差分接收器51实现信号单端转换和电平匹配，并通过多个光栅尺读头3信号高倍频细分采集和细分信号高速同步实现光栅尺4信号的高精度相位拼接。在信号细分前，信号处理单元52的分辨力只有一个分辨角的大小，采用差分接收器51细分信号后，计数脉冲的频率随之提高。例如，将原来的α倍频细分为α/4倍频，计数脉冲的频率提高了4倍，相当于将原信号处理单元52的分辨力提高了3倍，测量分辨角是原来的1/4，提高了测量精度。

另外，还可通过信号处理单元52确认每个光栅尺读头3的工作状态和特定读头的Z相信号实现永磁动子2位置绝对回零。特定读头可为永磁动子2位于初始位置时，能够读取到光栅尺4的位置信息的初始读头。当初始读头处于工作状态，且出现Z相触发信号时，即为绝对位置原点。

作为本实施例的进一步优选，差分接收器51的数量与光栅尺读头3的数量相等，且差分接收器51与光栅尺读头3一一对应连接。

如图2所示，差分接收器51的数量为多个，且与光栅尺读头3的数量相等，每一个光栅尺读头3对应一个差分接收器51，一一对应通信连接，多个差分接收器51皆与信号处理单元52通信连接。每个差分接收器51处理一个光栅尺读头3的信号，确保信号的准确性，进一步提升了位置测量精度，从而提高了直线电机的精度，极大扩大直线电机的应用场景。

作为本实施例的进一步优选，信号处理单元52与工业以太网通信连接。

如图2所示，信号处理单元52还与工业以太网通信连接，在高速同步采集多个光栅尺读头3信号并经过处理后，通过工业以太网进行位置的数字化传输，进一步保证位置测量的准确性。

作为本实施例的进一步优选，绕组定子1包括多个绕组定子段11，多个绕组定子段11依次排列固定设置在壳体内。

如图1所示，绕组定子1可以为单段式结构或多段式结构，多段式结构由多个单段式结构组合而成。本实施例中，采用多段式结构，绕组定子1包括多个绕组定子段11。可以根据实际需求对绕组定子段11的数量、长度、方身大小或运行力矩进行调整。另外，采用多个绕组定子段11依次排列固定设置在壳体内，当绕组定子段11发生故障时，有效降低了维修或更换的成本。

作为本实施例的进一步优选，相邻两个光栅尺读头3的间距不等于光栅尺4周期长度的n/2倍，n为整数。

在本实施例中，相邻两个光栅尺读头3的间距不等于光栅尺4周期长度的二分之整数倍。即可通过相邻两个光栅尺读头3所采集到信号的上升沿或下降沿的位置判断永磁动子2当前的运动方向，避免了因为相邻两个光栅尺读头3所采集到的信号波形完全相同或完全相反，而无法通过相位差确定永磁动子2运动方向的情况。

作为本实施例的进一步优选，光栅尺4通过粘附的方式固定在永磁动子2上。

在本实施例中，光栅尺4粘附在永磁动子2，随着永磁动子2的运动而运动，从而被光栅尺读头3读取位置信息，既保证了光栅尺4与永磁动子2的连接牢固性，又降低了成本。

作为本实施例的进一步优选，光栅尺4为双码道光栅尺4。

本实施例中，光栅尺4还可选择双码道光栅尺4，其中一码道光栅尺4可为另一码道光栅尺4提供精度较高的参考点，提高光栅尺4的整体测量精度。相应的，本实施例还可采用两套信号处理系统5，分别采集两个码道的位置信息，防止其一码道光栅尺4对另一码道光栅尺4测量的影响，即使其中一个码道光栅尺4出现问题，另一个码道光栅尺4的测量依然可正常使用。

作为本实施例的进一步优选，壳体内沿绕组定子1的长度方向设置有滑轨，永磁动子2可滑动的设置在滑轨上。

本实施例中，还可在直线电机壳体内沿绕组定子1的长度方向设置滑轨(图中未示出)，永磁动子2可滑动的设置在滑轨上，沿滑轨在绕组定子1的长度方向作直线运动，防止永磁动子2在作直线运动过程中，发生横向位置的偏移，进一步确保了位置测量的准确性，提高了直线电机的精度。

作为本实施例的进一步优选，壳体内还设置有冷却装置。

在本实施例中，直线电机的壳体内还可设置冷却装置(图中未示出)，冷却装置可以设置在靠近绕组定子1的位置，例如绕组定子1的下方，也可围绕绕组定子1的绕组缠绕设置，还可直接环设在直线电机的壳体内等。避免直线电机在工作过程中过度发热从而造成直线电机故障。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。