一种直线电机初级、直线电机和输送线的制作方法

1.本实用新型用于直线电机领域，特别是涉及一种直线电机初级、直线电机和输送线。


背景技术：

2.与伺服电机加滚珠丝杠的传统传动结构相比，直线电机在移动速度和定位精度上更具有优势。同时由于无直接机械接触，直线电机具有高响应性和长期稳定性。另外，由于直线电机可以通过次级(定子)进行拼接达到不受限制的行程，因此，直线电机在一些长距离传送和运输场合应用广泛。
3.因无法像目前控制算法非常成熟的直流无刷电机一样采用无感控制，直线电机在运行时需要依赖反馈单元。目前较为常用的反馈装置主要有以下几类：一，高精度直线光栅尺。二、分辨率比光栅稍差的磁栅尺。其中，光栅尺又分为敞开式和封闭式，敞开式主要应用于一些使用环境较好的场合，如3c自动化设备、pcb钻孔机等；而封闭式光栅尺主要应用于一些环境稍微恶劣的场合，如金属加工机床等。对于定位精度和重复定位精度要求较高的应用要求，可以通过选择更高分辨率来达到。磁栅因其相对经济的价格，广泛应用于一些要求重复定位精度相对没那么高的场合，例如自动上下料和搬运场合。
4.光栅由于光栅尺的加工难度大，加之读数头作为高精度的元器件，成本高昂。磁栅虽然栅尺成本较低，但读数头依然成本较高，因此，昂贵的反馈装置还是限制了直线电机的大批量应用。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种直线电机初级、直线电机和输送线。
6.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
7.第一方面，一种直线电机初级，包括：
8.初级部件，包括铁芯和线圈；
9.第一编码器组件，沿直线电机的驱动方向设置于所述初级部件的两端，所述第一编码器组件包括第一pcb板、第一感应器、第二感应器和第三感应器，所述第一感应器、第二感应器和第三感应器均采用霍尔传感器，所述第一感应器用于感知次级进入第一编码器组件的状态信息，所述第二感应器包括沿直线电机的驱动方向分布的3个霍尔传感器，所述第二感应器的3个霍尔传感器的间距为2τ/3，所述第三感应器包括沿直线电机的驱动方向分布的2个霍尔传感器，所述第三感应器的2个霍尔传感器的间距为2τ/4，其中，2τ为直线电机的极对距。
10.结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，还包括第二编码器组件，所述第二编码器组件包括第二pcb板和多个第四感应器，所述第二pcb板位于所述初级部件侧方并沿直线电机的驱动方向延伸，所述第二pcb板与所述初级部件两端的所述第一编码器组件连
接形成一个编码器组件，所述第四感应器采用霍尔传感器，多个所述第四感应器在所述第二pcb板上沿直线电机的驱动方向分布。
11.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，还包括底座，所述初级部件、第一编码器组件和第二编码器组件均安装于所述底座，并通过盖板封装，所述底座设有动力线接头和编码器接头，所述动力线接头与所述初级部件连接，所述编码器接头与所述编码器组件连接。
12.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述底座沿直线电机的驱动方向设有若干压紧所述第二pcb板的编码器压片。
13.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述第四感应器包括沿直线电机的驱动方向分布的2个霍尔传感器，保证次级通过时能够始终输出on的状态，所述第四感应器的2个霍尔传感器的间距大于次级相邻永磁体之间的间隙。
14.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述初级部件两端的第一编码器组件的间距d＝n
×
2τ，其中n为正整数。
15.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，沿直线电机的驱动方向，所述第一感应器包括设在第一pcb板前边缘的前第一感应器和设在第一pcb板后边缘的后第一感应器。
16.结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述第一感应器包括沿直线电机的驱动方向分布的2个霍尔传感器，保证次级通过时能够始终输出on的状态，所述第一感应器的2个霍尔传感器的间距大于次级相邻永磁体的间隙。
17.第二方面，一种直线电机，包括：
18.直线电机次级，包括次级底板和永磁体；
19.第一方面中任一实现方式所述的直线电机初级。
20.第三方面，一种输送线，包括第二方面中任一实现方式所述的直线电机。
21.上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
22.相较于传统光栅采用光刻工艺进行刻度、磁栅采用录磁工艺，工艺复杂不同，本实用新型直线电机编码器采用成本非常低的霍尔元器件为感知元件，通过信号处理由内置在直线电机初级旁的编码器输出电机的运动位置，通过提高分辨率的方式可以提升编码器的位置精度。该直线电机由于集成了编码器，使得应用成本大大降低，非常适合于大批量生产的流水线，如智能物流、面板显示、食品饮料、医疗器械及医药包装盒传送等。
23.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
24.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
25.图1是本实用新型直线电机初级的一个实施例结构示意图；
26.图2是图1所示的一个实施例第一编码器组件结构示意图；
27.图3是图1所示的一个实施例第二编码器组件结构示意图；
28.图4是图1所示的一个实施例编码器组件整体结构示意图；
29.图5是图1所示的一个实施例初级部件一端的第一编码器组件感知次级示意图；
30.图6是图1所示的一个实施例初级部件另一端的第一编码器组件感知次级示意图；
31.图7是图1所示的一个实施例通过盖板封装后结构示意图；
32.图8是本实用新型直线电机的一个实施例结构示意图。
具体实施方式
33.本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
34.本实用新型中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本实用新型的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征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实用新型的限制。
35.本实用新型中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本实用新型的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
36.本实用新型中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
37.参见图1，本实用新型的实施例提供了一种直线电机初级，包括初级部件1和第一编码器组件2。
38.其中，初级部件1为常见的平板直线电机的初级部件1，其主要由铁芯、线圈、绝缘部件、环氧树脂封装等组成。
39.参见图1，第一编码器组件2沿直线电机的驱动方向设置于初级部件1的两端，初级部件1两端的第一编码器组件2结构相同，换言之，两个完全一样的第一编码器组件2分列初级部件1的两侧。如果次级位于某一初级的左侧，那么可以用左边的第一编码器组件2进行反馈，如图5所示。反之，如果次级位于初级的右侧，则用右边的第一编码器进行反馈控制，如图6所示。
40.具体的，参见图2，第一编码器组件2包括第一pcb板21、第一感应器22、第二感应器23和第三感应器24。其中，第一pcb板21由pcb光板及电感、电容、电阻等元器件构成，第一感应器22、第二感应器23和第三感应器24均采用霍尔传感器，第一感应器22用于感知次级进入第一编码器组件2的状态信息，即向直线电机的控制器反馈次级已经进入该第一编码器组件2的位置状态信息。第二感应器23包括沿直线电机的驱动方向分布的3个霍尔传感器，第二感应器23的3个霍尔传感器的间距为2τ/3，其中，2τ为直线电机的极对距，第二感应器23用于为驱动器提供数字的uvw信号，该信号与电机相序具有一一对应的关系。第三感应器
24包括沿直线电机的驱动方向分布的2个霍尔传感器，第三感应器24的2个霍尔传感器的间距为2τ/4，其中，2τ为直线电机的极对距，第三感应器24用于输出次级的位置编码信息。
41.工作原理：
42.该方案的主要步骤含有：直线电机次级位于直线电机初级上运动，初级中内置的编码器能够感应到次级磁钢产生的行进的变化磁场，从而感应到次级位置的变化。通过其中的编码器将位置信息进行编码并输出给驱动器，驱动器接收到编码器的输出数据后进行位置解码，利用解码后的位置对电机的运行状态进行控制。在多初级的传送线应用中，由上位机通过总线的形式对每一个直线电机初级对应个驱动器进行控制，完成一个(或者多个)次级在多个直线电机初级之间的传递。最终完成整个产品所有生产工序之间的准确有序地传递，提高了产线的节拍，减少了产线的故障率。
43.直线电机初级中的编码器，由位于第一编码器中的编码器芯片进行位置信息的编码，由编码器接口传输给驱动器，由驱动器对电机的状态进行控制。
44.在一些实施例中，参见图1、图3、图4，本实用新型的实施例除了采用电机两端的编码器外，两个编码器中间还有一个连接的信号板。根据该信号板上霍尔元器件的on和off信号，可以判断次级位于初级上方的位置。同时，可以提高编码器的分辨率来提升定位的准确性。具体的，直线电机初级还包括第二编码器组件3，第二编码器组件3即所述的信号板，第二编码器组件3包括第二pcb板31和多个第四感应器32，其中，第二pcb板31由编码器光板和一些电子元器件组成，第二pcb板31位于初级部件1侧方并沿直线电机的驱动方向延伸，第二pcb板31与初级部件1两端的第一编码器组件2通过连接器连接形成一个编码器组件，第四感应器32采用霍尔传感器，多个第四感应器32在第二pcb板31上沿直线电机的驱动方向分布。
45.在一些实施例中，参见图1、图7，直线电机初级还包括底座4，初级部件1、第一编码器组件2和第二编码器组件3均安装于底座4，底座4沿直线电机的驱动方向设有若干压紧第二pcb板31的编码器压片41。并通过盖板42封装，底座4设有动力线接头43和编码器接头44，动力线接头43与初级部件1连接，编码器接头44与编码器组件连接。第一编码器组件2和第二编码器组件3构成一个完整的编码器组件，信号由编码器接头输出给驱动器。本实施例中第一编码器组件2及其连接的第二编码器组件3位于电机的两端和一侧，形成一套完整的编码器组件，由于编码器组件与直线电机初级的距离非常近，所以可以设计成整体式防护结构，采用一个外壳将直线电机初级与编码器组件一起封装。此透光外壳除了能够很好地保护电机与编码器外，还能够从外面看到编码器的信号灯状态，有利于现场故障判断。
46.相对传统的外置编码器(光栅或磁栅)结构，将编码器内置于直线电机初级具有两个优势：一、编码器距离电机更近，测量位置更加精准；二、有利于进行整体封装，设计整体式防护，能够将电机初级和编码器进行防护，减少编码器受环境的影响。
47.为了保证准确度，保证次级通过时能够始终输出on的状态，每一个位置的第四感应器32可以由2个霍尔传感器组成一组，换言之，第四感应器32包括沿直线电机的驱动方向分布的2个霍尔传感器，其中，第四感应器32的2个霍尔传感器的间距大于次级相邻永磁体的间隙。
48.在一些实施例中，为了保证两个第一编码器输出的位置数据相同，以便于控制，初级部件1两端的第一编码器组件2的间距d＝n
×
2τ，其中n为正整数。可以理解的是，第一编
码器组件2的间距是指两个第一编码器组件2中对应元器件之间的距离。
49.第一感应器22可以设置一个或多个，例如在一些实施例中，参见图2，沿直线电机的驱动方向，第一感应器22包括设在第一pcb板21前边缘的前第一感应器22和设在第一pcb板21后边缘的后第一感应器22。前第一感应器22和后第一感应器22分别对次级进入第一编码器组件2的状态信息进行感知，为电机控制提供更多位置状态信息。
50.为了保证准确度，每一个位置的第一感应器22可以由2个霍尔传感器组成一组，换言之，第一感应器22包括沿直线电机的驱动方向分布的2个霍尔传感器，第一感应器22的2个霍尔传感器的间距大于次级相邻永磁体之间的间隙。
51.参见图8，本实用新型的实施例提供了一种直线电机，包括直线电机次级5和以上任一实施例中的直线电机初级，直线电机次级包括次级底板和永磁体，直线电机次级和直线电机初级两者有一定的距离(气隙)。当次级在初级上运动时，初级中的编码器可以实时反馈出次级的位置信息。驱动器通过得到的位置信息作为控制依据，控制次级的运动方式，包含运动速度、位置等。
52.本实用新型的实施例提供了一种输送线，包括以上任一实施例中的直线电机。相比现有的倍速链的传输线，采用了上述技术方案后，传送线的噪音更低，运行更加平稳，生产效率更高；相比采用高成本的磁栅或者光栅进行反馈的方案相比，本技术方案能够大幅降低应用成本，非常适合大规模的快速传送应用。该方案可广泛应用于面板显示，食品饮料、医药制造等领域。
53.在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
54.当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。