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_2

文档序号:9827787阅读:来源:国知局
[0031]进一步地,支撑骨架31中开设有容置腔33。在支撑骨架31中开设容置腔33还可以减轻支撑骨架31的重量,同时也方便散热。
[0032]进一步地,驱动线圈32可以设置至少两组,当至少两组驱动线圈32按不同的时间顺序通过电流脉冲时,驱动线圈32可以产生直线行波磁场,而直线行波磁场的大小和方向与多组驱动线圈32的电流大小和导通时间顺序有关,由于直线行波磁场的行波速度和定子20存在滑差速度,在定子20中产生感应电流,进而产生与上述直线行波磁场相反的磁场,以驱动转子30移动。当然,在另一些实施例中,还可以使至少两组驱动线圈32产生其它波形的磁场,进而在定子20中产生感应电流,并产生相反的磁场,以驱动转子30移动。
[0033]各组驱动线圈32可以采用截面积大、电阻率低的无氧纯铜漆包线绕在支撑骨架31上I?2层。以便可以通过瞬时大电流。
[0034]该快速响应直线电机100还包括控制驱动线圈32电流的控制器,该控制器中设有控制电路50。设置控制器,可以减小快速响应直线电机100的体积,同时也方便控制该快速响应直线电机100。控制器可以设置在支撑骨架31中。支撑骨架31中可以开设有容置腔33,以安装该控制器。
[0035]进一步地,控制器中还设有控制该控制电路50的集成控制芯片。设置集成控制芯片可以更好的控制驱动线圈32电流的导通,进而可以更好的控制该快速响应直线电机100。设置集成控制芯片还可以快速检测出直线电机所受的外部作用力和负载质量大小。
[0036]驱动线圈32采用截面积大、电阻率低的导线绕在由导热不导磁不导电材料制成的支撑骨架31上。驱动线圈32可以承受较大的电流。进一步地,控制电路50包括连接驱动线圈32的开关电路和与开关电路连接的充电电路58。该开关电路中设有对驱动线圈32供电的电容55。使用开关电路,可以方便的控制驱动线圈32的通断,以控制转子30和移动。进一步地,本实施例中,开关电器可以为H桥电路。请参阅图2和图3,图3中a为控制驱动线圈32的H桥桥臂52栅极电压,b为驱动线圈32产生的力的大小,c为快速响应直线电机100的转子30轴向运行速度,d为控制线圈42产生的力的大小。集成控制芯片通过充电电路58调节电容55的充电电压。当电容55充电完成后,可以集成控制芯片产生一个脉宽很窄的控制脉冲加载到H桥电路其中一对桥臂52上,该桥臂52导通时使该电容55对转子30驱动线圈32瞬间放电,此时驱动线圈32类似于线圈炮中的初级线圈;而当驱动线圈32为至少两组时,则驱动线圈32可以形成类似于异步感应线圈炮的驱动线圈,瞬间导通电流Ic很大,产生的驱动磁场和靠近驱动线圈32的支撑骨架31外缘的定子20的导电材料相互作用,产生大电磁力Fq驱动转子30轴向直线运动。控制脉冲的脉宽很窄,H桥电路的导通桥臂52很快关闭,此时驱动线圈32中的电流In逐渐减小并经过H桥的另外一对桥臂52逆变回电容55和电源,该电流将产生方向相反的电磁阻力Fz阻碍转子30的运动。当集成控制芯片以一定的周期控制电容55的充电电压高低、各组驱动线圈32开关电路的导通顺序和间隔时间即可改变转子30的受力大小和方向。
[0037]当快速响应直线电机100的转子30需要轴向直线运动时,若设快速响应直线电机100拖动负荷的质量为Mf,外界施加在快速响应直线电机100的作用力为Fw,开关电路的导通间隔时间Ton,此时驱动线圈32产生大的驱动电磁力Fq驱动快速响应直线电机100运动,则这些参数的关系为(Fq-Fw)*Ton=Mf* Δ Von。当开关电路关闭后,驱动线圈32电流开始减小并广生电磁阻力Fz,快速响应直线电机100的转子30保持惯性继续运动,取其中运动速度较快的一段时间为关闭时间Tclff,测量出速度变化值Δ Voff,则这些参数的关系为(Fz+Fw) *T0ff=Mf*Δ Voff。若整个控制过程中Tc^PTciff时间很短,则快速响应直线电机100驱动线圈32运动控制的频率可以很高,进而可以使快速响应直线电机100的运动速度柔和平滑。
[0038]当快速响应直线电机工作时,拖动负荷的质量Mf,外界施加在快速响应直线电机的作用力Fw,,这两个参数需要实时检测。其中外界施加在快速响应直线电机的作用力大小和方向可能每一时刻都在改变,拖动负荷的质量也可能瞬间改变。现有技术的快速响应直线电机均通过压力传感器检测出作用力的大小和方向,但通过这个方式检测出的作用力大小和上述两个参数及快速响应直线电机运动的速度和加速度相关,因而难以得到外界施加在快速响应直线电机的作用力Fw和拖动负荷质量Mf这两个细化参数。现有技术的快速响应直线电机的控制为负反馈的控制方式,首先快速响应直线电机对外界施加的一定大小的作用力,一段时间之后快速响应直线电机位置、速度和加速度改变,检测出相关参数的数据和目标参数进行对比,再调整快速响应直线电机对外界施加的作用力的大小。由于快速响应直线电机对外界施加的作用力后快速响应直线电机速度和加速度的改变需要一定的时间,因此这种控制方式控制频率低,需要减速机等机械装置增加较大的转矩来抵消拖动负荷质量及外界施加在快速响应直线电机的作用力的不断变化,增大了整个控制系统的体积。
[0039]本实施例的快速响应直线电机100结构和控制电路50固定后,驱动线圈32的控制电路50中电容55充电电压、控制脉冲导通时间一定时,产生的驱动电磁力Fq和电磁阻力Fz的大小也是固定的。当快速响应直线电机100运动时,集成控制芯片通过采集控制电路50中电容55充电电压和控制脉冲导通时间可以得到快速响应直线电机100运动时驱动电磁力Fq和电磁阻力Fz的大小,即驱动电磁力Fq和电磁阻力Fz为已知参数;再结合上述两个等式:(Fz+Fw)*T0ff=Mf* Δ Voff ; (Fq-Fw)*Ton=Mf* Δ Von;而Toff、Δ V0ff、Τοη和 Δ Von均可以直接得出或直接测量出,即Toff、AVofhTcin和AVcin也为已知参数。从而根据这些相关运动参数数据,可以计算出外界施加在快速响应直线电机100作用力的大小、方向和快速响应直线电机100拖动的负荷质量这两个细化参数。由于快速响应直线电机100运动控制的频率很高,每次控制可以在很短的时间内计算出外界施加给快速响应直线电机100的作用力和快速响应直线电机100拖动负荷质量的大小,及时调整驱动线圈32的驱动电磁力Fq和导通时间。
[0040]进一步地,本实施例的快速响应直线电机100可以实现体积微型化,并且可以作为振动器,如手机平板电脑中的振动器使用。
[0041]实施例二:
[0042]请参阅图4-图10,本发明实施例提供一种快速响应直线电机100a,包括机壳11、定子20、转子30、支撑轴13和控制机构40;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的导电套包括若干导磁环21和若干隔离环22,且导磁环21与隔离环22交替层叠设置,导磁环21用于导磁和导电,隔离环22用于导电而不导磁;则沿支撑轴13的轴向,设置一层导磁环21、一层隔离环22、一层导磁环21、一层隔离环22这样交替设置。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。控制机构40用于配合定子20控制转子30位置,控制机构40包括导磁臂41和控制线圈42,导磁臂41与支撑骨架31相连,从而可以随转子30移动,控制线圈42缠绕于导磁臂41上,当向控制线圈42通电时,可以产生
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