快速响应直线电机及控制方法与集成控制芯片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电机领域，尤其涉及一种快速响应直线电机，及该快速响应直线电机的控制方法与集成控制芯片。
【背景技术】
[0002]直线电机也称线性电机，其原理为:直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成。由定子演变而来的一侧称为初级，由转子演变而来的一侧称为次级。在实际应用时，将初级和次级制造成不同的长度，以保证在所需行程范围内初级与次级之间的耦合保持不变。直线电机可以是短初级长次级，也可以是长初级短次级。当初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场切割下，将感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。如果初级固定，则次级在推力作用下做直线运动;反之，则初级做直线运动。因而现有直线电机的定子一般是在长直导轨上间隔设置产生磁场的永磁体或线圈，同样的在转子导轨上间隔设置线圈而成。但是这种定子及转子结构，由于要间隔设置多个线圈或永磁体，因而体积较大，另受制于体积大小，无论是定子或转子，其线圈或永磁体产生的磁场强度较小，导致直线电机的体积大，而且动力较小，难以做到快速响应。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种快速响应直线电机，旨在解决现有快速响应直线电机体积大、动力小、难以做到快速响应的问题。
[0004]本发明是这样实现的，一种快速响应直线电机，包括机壳、安装于所述机壳上的定子、滑动安装于所述定子中的转子和支撑所述转子的支撑轴，所述支撑轴安装于所述机壳中，所述定子包括使用导电材料制作的导电套，所述转子包括安装于所述支撑轴上的支撑骨架和用于产生驱动磁场的驱动线圈，所述驱动磁场沿所述支撑轴的轴向，所述驱动线圈缠绕于所述支撑骨架上。
[0005]本发明的快速响应直线电机的定子使用导电材料制作导电套，在转子的支撑骨架上缠绕驱动线圈，当向驱动线圈通过电流脉冲时，定子中会产生的感应电流，进而产生与上述驱动磁场相反的磁场，以驱动转子移动，因而可以实现快速响应；另外，通过较大的瞬时脉冲电流时，可以产生较大的动力；由于驱动线圈产生的驱动磁场沿支撑轴轴向，而定子设置为套状，因而可以将转子的体积制作较小，所以该快速响应直线电机的体积制作较小。
[0006]本发明的另一目的在于提供一种如上所述的快速响应直线电机的控制方法，包括如下步骤:
[0007]通过控制电路向所述驱动线圈通过脉冲电流，通电时间为Tcin，并在Tcin时间内，根据脉冲电流大小、电容充电电压大小，得出所述驱动线圈产生大的驱动电磁力&和测出所述转子速度变化值A Vcin;并得出等式:(ΡΗ^)*Τοη=ΜΡ* Δ Von；
[0008]取脉冲断电后所述转子运动速度较快的一段时间为Tciff，得出所述驱动线圈电流产生电磁阻力Fz和测出相应所述转子速度变化值Δ Voff，并得出等式:(Fz+Fw)*Toff = Mf* Δ
Voff；
[0009]根据以上两等式计算出所述快速响应直线电机拖动负荷的质量Mf，外界施加在所述快速响应直线电机的作用力Fw;
[0010]根据检测的所述拖动负荷的质量Mf和所述作用力Fw，调节所述驱动线圈的脉冲电流大小与导通时间。
[0011 ]本发明的控制方法可以快速检测出快速响应直线电机的拖动负荷的质量Mf和外界施加作用力Fw，进而可以根据拖动负荷的质量Mf和外界施加作用力Fw来精确控制该快速响应直线电机。
[0012]本发明的另一目的在于提供一种集成控制芯片，用于检测如上所述的快速响应直线电机的拖动负荷的质量Mf和外界施加快速响应电机作用力Fw，包括控制驱动线圈的控制电路、检测模块、存储器和处理模块，所述控制电路包括控制所述驱动线圈的开关电路、连接所述开关电路两端的电容和对所述电容充电的供电电路，所述检测模块测量所述电容充电电压和所述开关电路导通时间!^以及时间Tcin对应的速度变化值AVcin，所述检测模块还测量所述开关电路关闭后一段时间Toff对应的速度变化值△ Voff，并将该时间Tcm和Toff及△VodP AVclff存储于所述存储器中，所述处理模块根据所述开关电路的导通时间Tcin、所述电容的充电电压，得到驱动电磁力Fq及电磁阻力Fz的值，再根据公式(FQ-FwhTcin=MF* AVcin与(Fz+Fw)*Toff=Mf* Δ Vrff计算出所述负荷的质量Mf和所述外界施加作用力Fw。
[0013]本发明的集成控制芯片可以快速检测出快速响应直线电机的拖动负荷的质量Mf和外界施加作用力Fw，进而可以根据拖动负荷的质量Mf和外界施加作用力Fw来精确控制该快速响应直线电机。
【附图说明】
[0014]图1是本发明实施例一提供的一种快速响应直线电机的剖视结构示意图；
[0015]图2是图1的快速响应直线电机的驱动线圈的控制电路的原理图；
[0016]图3是图1的快速响应直线电机的驱动线圈的控制过程示意图。
[0017]图4是本发明实施例二提供的一种快速响应直线电机的剖视结构示意图；
[0018]图5是沿图4中A-A线的剖视结构示意图；
[0019]图6是图4中N部分的放大结构示意图；
[0020]图7是图4的快速响应直线电机中转子的导磁环偏移到定子上邻近的第二导磁环一侧时的受力示意图；
[0021]图8是图4的快速响应直线电机中转子的导磁环偏移到定子上邻近的第二导磁环另一侧时的受力不意图；
?0022]图9是图4的转子在定子中移动时，导磁环受力示意图；
[0023]图10是图4的快速响应直线电机中转子与定子间受力平均位置的示意图。
[0024]图11是本发明实施例三提供的一种快速响应直线电机的剖视结构示意图；
[0025]图12是沿图11中G-G线的剖视结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0027]实施例一:
[0028]请参阅图1-图3，本发明实施例提供的一种快速响应直线电机100，包括机壳11、定子20、转子30和支撑轴13;定子20安装于机壳11上，通过机壳11来支撑和保护定子20。转子30滑动安装于定子20中，以便转子30可以在定子20中移动，并且转子30安装在支撑轴13上，可以通过支撑轴13来支撑住转子30，并使转子30可以沿支撑轴13移动。支撑轴13安装在机壳11中，以使机壳11支撑住支撑轴13。定子20包括使用导电材料制作的导电套。转子30包括支撑骨架31和驱动线圈32，支撑骨架31安装于支撑轴13上，驱动线圈32缠绕于支撑骨架31上，当向驱动线圈32通电时，驱动线圈32可以产生沿支撑轴13的轴向的驱动磁场，则在将驱动线圈32缠绕在支撑骨架31上时，驱动线圈32实际是环绕支撑轴13。当向驱动线圈32通过电流脉冲时，定子20中会产生的感应电流，进而产生与上述驱动磁场相反的磁场，以驱动转子30移动；当电流脉冲较大且时间较短时，可以产生较大的驱动力，从而实现转子30的快速响应。
[0029]快速响应直线电机100的定子20使用导电材料制作导电套，在转子30的支撑骨架31上缠绕驱动线圈32，当向驱动线圈32通过电流脉冲时，定子中会产生的感应电流，进而产生与上述驱动磁场相反的磁场，以驱动转子30移动，因而可以实现快速响应；另外，通过较大电流时，可以产生较大的动力；由于驱动线圈32产生沿支撑轴13轴向的驱动磁场，而定子20设置为套状，因而可以将转子30的体积制作较小，所以该快速响应直线电机100的体积制作较小。
[0030]进一步地，机壳11中安装有轴套12，并且轴套12套装在支撑轴13上。设置轴套12以支撑住支撑轴13，可以更好的减少支撑轴13磨损。