装置可以检测出光栅标尺的位置，进而精确控制转子30的位置。具体地，选择好定子20的导磁环21的内表面与隔离环22的内表面的光线反射参数，光栅检测装置向光栅标尺发出光，经过透镜聚焦，一部分投射到光栅标尺上，反射回的光经过光栅检测装置的指示光栅和透镜聚焦后，再由光电位置检测电路接收，对定子20和转子30之间的轴向相对位移和运动方向进行高分辨率实时检测。另外一部分光投射到代表绝对位置信息编码的位置上，反射回的光也由光电位置检测电路接收并解析出绝对位置信息。集成控制芯片或控制器根据上述检测数据可以实时得到转子30位置、速度、加速度等运动参数。更进一步地，可以在集成控制芯片中集成光电位置检测电路，而仅将光栅检测装置的透镜单独安装在支撑骨架31中。
[0070]光栅检测装置也可以与控制器或集成控制芯片相连，可以在集成控制芯片中设置光电位置检测电路，从而可以通过集成控制芯片来实时检测转子30位置、速度、加速度等运动参数。在其它实施例中，也可以在定子20的内表面贴膜，使导磁环21的内表面与隔离环22的内表面配合形成光栅标尺。
[0071]进一步地，本实施例的快速响应直线电机10a可以使用上述集成控制芯片。
[0072]本实施例的快速响应直线电机10a的其它结构与实施例一的快速响应直线电机的其它结构相同，在此不再累赘。
[0073]实施例三:
[0074]请参阅图11和图12，本实施例的快速响应直线电机10b与实施例一的快速响应直线电机的区别为:各导磁环21上向内凸设有若干第一凸齿23，这些第一凸齿23均勾分布在各导磁环21上；导磁臂41远离支撑轴13的一端415凸设有若干第二凸齿416;沿定子20的径向:相邻两第一凸齿23的间距与相邻两第二凸齿416的间距相等。在各导磁环21上设置第一凸齿23，在导磁臂41上设置第二凸齿416，可以形成步进电机的功能，通过第一凸齿23与邻近的第二凸齿416间的吸力作用，可以自动调整转子30的径向位置。该快速响应直线电机100不仅可以实现直线运动，还可以实现步进电机的转动运动。
[0075]进一步地，各隔离环22上对应于第一凸齿23的位置也凸设有隔离齿。设置隔离齿可以增加第一凸齿23的强度。
[0076]另外，本实施例的快速响应直线电机10b的控制机构40包括三对导磁臂41。
[0077]本实施例的快速响应直线电机10b的其它结构与实施例二的快速响应直线电机的其它结构相同，在此不再累赘。
[0078]智能机械是指计算机通过控制总线可以控制机械相对位置的装置。一般来说，智能机械还要求体积小、多轴多关节多自由度、运动响应速度快、承受负荷大并且负荷变化快、空间位置的控制精度要求高。智能机械包括各种仿生机械、数控机床、自动化产生线以及能够替代人类体力劳动或完成不同功能的装置，例如机械手、手术机器人、服务机器人等等。由于智能机械需要的功能复杂，所以需要的运动自由度多。而本发明的快速响应直线电机100可以做到微型化、通过驱动线圈32通过大的脉冲电流，产生较大的磁场，从而可以提供更大的动力，因而在同样的体积下可以安装多个快速响应直线电机100以使运动自由度更多。另外，该快速响应直线电机100还可以快速检测出负载的变化，以实现快速响应与控制。并且相对于现有直线电机和交直流电机自由度控制系统，本发明的直线电机可以去掉减速机的使用。
[0079]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一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，其特征在于，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。2.如权利要求1所述的快速响应直线电机，其特征在于，所述机壳中安装有轴套，所述轴套套装于所述支撑轴上。3.如权利要求1所述的快速响应直线电机，其特征在于，所述支撑骨架中还开设有容置腔。4.如权利要求1-3任一项所述的快速响应直线电机，其特征在于，还包括用于控制所述转子位置的控制机构，所述控制机构包括与所述支撑骨架相连的导磁臂和缠绕于导磁臂上的控制线圈，所述定子的导电套包括用于导磁的若干导磁环和用于导电而不导磁的若干隔离环，且所述导磁环与所述隔离环交替层叠设置。5.如权利要求4所述的快速响应直线电机，其特征在于，所述导磁臂包括沿所述支撑轴的轴向层叠设置的若干导磁片和隔离相邻两片所述导磁片的若干绝缘片。6.如权利要求5所述的快速响应直线电机，其特征在于，相邻的一片所述导磁片与一片所述绝缘片的厚度之和与相邻的一片所述导磁环与一片所述隔离环的厚度之和相等。7.如权利要求4所述的快速响应直线电机，其特征在于，所述导磁臂成对设置，且所述导磁臂为至少一对，每对的两个所述导磁臂分别设于所述支撑轴的相对两侧。8.如权利要求1-7任一项所述的快速响应直线电机的控制方法，其特征在于，包括如下步骤: 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T J寸间内，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Fq和测出所述转子速度变化值Δ Vcin;并得出等式:(FQ-FwhTcin=MF* Δ Vcin; 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 Vciff，并得出等式:(FdFwhTciff=MF* Δ Vciff; 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; 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。9.如权利要求1-3任一项所述的快速响应直线电机，其特征在于，所述控制电路包括开关电路、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。10.—种集成控制芯片，用于检测如权利要求1-7任一项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，其特征在于，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。
【专利摘要】本发明适用于电机领域，提供了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。该快速响应直线电机，包括机壳、定子、转子和支撑轴，定子包括导电套，转子包括支撑骨架和用于产生沿支撑轴的轴向的驱动磁场的驱动线圈。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；当驱动线圈通过较大瞬时脉冲电流时，可以产生较大的动力；驱动线圈绕线方向绕支撑轴轴向，而定子设置为套状，因而可以将转子的体积制作较小，所以该直线电机的体积制作较小。
【IPC分类】H02P25/06, H02K41/025
【公开号】CN105591519
【申请号】CN201610101220
【发明人】刘华
【申请人】刘华
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2016年2月24日