一种动线圈式磁浮平面电机磁对准系统及其对准方法
【专利摘要】本发明涉及一种动线圈式磁浮平面电机磁对准系统及其对准方法，该系统包括磁钢阵列、固定工装以及固定于所述固定工装上的电机动子，所述电机动子包括四个呈矩阵排布的线圈组，其中相邻的两个线圈组分别对应沿第一方向和垂直于第一方向的第二方向排列，每个线圈组包括若干平行设置的三相线圈，所述电机动子与所述固定工装之间设有一力传感器，在一个磁对准角度周期内变换通入三相线圈的三相电流的角度，通过力传感器测量该线圈组在第一或第二方向上的出力值，将对应所述线圈组在第一或第二方向上出力值最大的三相电流角度确定为所述线圈组的磁对准角度，本发明提供的动线圈式磁浮平面电机磁对准系统及方法提高了磁对准的精度。
【专利说明】一种动线圈式磁浮平面电机磁对准系统及其对准方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种动线圈式磁浮平面电机磁对准系统及其对准方法。
【背景技术】
[0002]动线圈式磁浮平面电机的基本控制原理类似普通直线电机，即根据线圈在磁场中的位置，改变通入三相线圈的电流角度，使得电机在所需方向上的出力恒定。由于采用ID、IQ解耦的矢量控制方式，因此初始磁对准角度的精确与否，除了保证在动线圈式磁浮平面电机水平向、垂向出力最大外，还影响到电机水平向与垂向的解耦。若磁对准角度不够精确、水平向与垂向解耦不够彻底，则会在控制上引入水平向与垂向的串扰，影响电机的伺服性能。
[0003]现有一种初始磁对准角度的系统，如图1所示，该方案提出:在电机线圈I与磁钢2表面之间铺设一层可压缩材料制成的敏感元件3，配以电容或电感距离传感器4，检测电机在垂向出力时使敏感元件3压缩形变。通过在磁对准范围内更改三相线圈电流角度并判断敏感元件3的形变位移大小，从而搜寻出电机的初始磁对准角度。
[0004]上述磁对准角度系统的精确程度依赖于电机垂向出力时敏感元件3的形变量和距离传感器4的分辨率，这需要电机垂向出力与敏感元件3形变量之间有良好的线性关系，当垂向出力过大或过小时，这种线性关系将难以满足，从而会影响所测得的磁对准角度的精度。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种动线圈式磁浮平面电机磁对准系统及其对准方法，以提高磁对准精度。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种动线圈式磁浮平面电机磁对准系统，包括磁钢阵列、固定工装以及固定于所述固定工装上的电机动子，所述电机动子包括四个呈矩阵排布的线圈组，其中相邻的两个线圈组分别对应沿第一方向和垂直于第一方向的第二方向排列，每个线圈组包括若干平行设置的三相线圈，所述电机动子与所述固定工装之间设有一力传感器。
[0007]较佳地，每个线圈组中的两个相邻的三相线圈之间的距离为4 τ/3，其中，τ为磁钢阵列N极到S极的磁极距。
[0008]本发明还提供了一种动线圈式磁浮平面电机磁对准方法，应用于上述的动线圈式磁浮平面电机磁对准系统中，其步骤包括:
[0009]选择一个线圈组进行磁对准初始化；
[0010]在一个磁对准角度周期内变换通入该线圈组的三相电流的角度，通过力传感器测量所述线圈组在第一方向或第二方向上的出力值；
[0011]将对应所述线圈组在第一方向或第二方向上出力值最大的三相电流角度确定为所述线圈组的磁对准角度；[0012]所述线圈组磁对准结束。
[0013]较佳地，还包括一种伺服修正磁对准角度方法，所述平面电机的各线圈组在一伺服系统中进行闭环控制，所述伺服系统中的控制器对应控制所述平面电机在各运动方向上的出力，其步骤包括:
[0014]选择一个线圈组作为目标线圈组进行磁对准角度伺服修正，使所述目标线圈组脱离闭环控制，由其余三个线圈组构成闭环控制，记录此时控制器的输出作为初始偏置；
[0015]给所述目标线圈组通入三相电流，该线圈组在伺服系统作用下保持在原处，变换所述三相电流的角度，记录此时控制器的输出作为实际输出；
[0016]将对应目标线圈组的三相电流角度调整到控制器实际输出与初始偏置最接近的位置；
[0017]伺服修正磁对准角度完成。
[0018]较佳地，对其中一个线圈组的磁对准角度进行伺服修正时，给所述目标线圈组通入的三相电流角度是在初始磁对准角度的基础上，在-1/N个磁对准角度周期到+1/N个磁对准角度周期的范围内变换。
[0019]较佳地，对其中一个线圈组的磁对准角度进行伺服修正时，所述目标线圈组通入电流产生开环垂向力，若产生水平向分力则继续进行磁对准角度调整。
[0020]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0021]1.本发明采用力传感器，相比现有技术中采用的可压缩材料，其具有更可信的线性工作区间，减少了非线性因素对磁对准的影响；
[0022]2.现有技术中的可压缩材料只能测量电机的垂向出力，力传感器可以测量电机的垂向出力，也可以测量其水平向出力；
[0023]3.所述电机动子与力传感器固定于固定工装上，可以避免电机因水平向出力大于电机动子与磁钢阵列表面的静摩擦力而产生位置偏移；
[0024]4.采用伺服修正磁对准角度的方法可以在无需多余传感器的情况下提高磁对准精度，避免传感器分辨率对磁对准精度的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为现有技术中的动线圈式磁浮平面电机磁对准系统的结构示意图；
[0026]图2为本发明一【具体实施方式】的动线圈式磁浮平面电机磁对准系统的结构示意图；
[0027]图3为图2的仰视图；
[0028]图4为本发明一【具体实施方式】的动线圈式磁浮平面电机出力示意图；
[0029]图5为本发明一【具体实施方式】的动线圈式磁浮平面电机磁对准方法流程图；
[0030]图6为本发明一【具体实施方式】的动线圈式磁浮平面电机控制结构框图；
[0031]图7为本发明一【具体实施方式】的动线圈式磁浮平面电机三组线圈构成闭环控制的控制结构框图；
[0032]图8为本发明一【具体实施方式】的伺服修正磁对准角度方法流程图。
[0033]图1中:1-线圈、2-磁钢、3-敏感元件、4-距离传感器；
[0034]图2?4中:10_磁钢阵列、20-电机动子、21-三相线圈。【具体实施方式】
[0035]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0036]本发明提供的动线圈式磁浮平面电机磁对准系统，如图2至图4所示，包括磁钢阵列10、固定工装(图中未示出)以及固定于所述固定工装上的电机动子20,具体地,所述固定工装与所述磁钢阵列10的相对位置保持不变，所述磁钢阵列10为二维磁钢阵列。所述电机动子20包括四个呈矩阵排布的线圈组X1、X2、Y1、Y2，其中相邻的两个线圈组分别对应沿第一方向和垂直于第一方向的第二方向排列，每个线圈组即为一个发力体，具体的，每个线圈组包括若干平行设置的三相线圈21，本实施例中，每个线圈组包括三个三相线圈21，所述电机动子20与所述固定工装之间设有一力传感器(图中未示出)，所述电机动子20与力传感器均固定于所述固定工装上，避免了电机因水平向出力大于电机动子20与磁钢阵列10表面的静摩擦力而产生位置偏移。请重点参考图4，线圈组Xl产生水平向力Fxxl和垂向力Fzxl、线圈组Χ2产生水平向力Fxx2和垂向力Fzx2、线圈组Yl产生水平向力Fyyl和垂向力Fzyl、线圈组Υ2产生水平向力Fyy2和垂向力Fzy2,较佳地,每个线圈组中的两个相邻的三相线圈21之间的距离为4 τ /3，其中，τ为磁钢阵列N极到S极的磁极距。所述磁钢阵列10的磁密分布沿Χ/Υ方向呈正弦分布，故各发力体三相线圈21处的磁密分布kj的表达式为:
[0037]
【权利要求】
1.一种动线圈式磁浮平面电机磁对准系统，包括磁钢阵列、固定工装以及固定于所述固定工装上的电机动子，其特征在于，所述电机动子包括四个呈矩阵排布的线圈组，其中相邻的两个线圈组分别对应沿第一方向和垂直于第一方向的第二方向排列，每个线圈组包括若干平行设置的三相线圈，所述电机动子与所述固定工装之间设有一力传感器。
2.如权利要求1所述的动线圈式磁浮平面电机磁对准系统，其特征在于，每个线圈组中的两个相邻的三相线圈之间的距离为4 τ/3，其中，τ为磁钢阵列N极到S极的磁极距。
3.一种动线圈式磁浮平面电机磁对准方法，应用于如权利要求1或2所述的动线圈式磁浮平面电机磁对准系统中，其特征在于，其步骤包括: 选择一个线圈组进行磁对准初始化； 在一个磁对准角度周期内变换通入该线圈组的三相电流的角度，通过力传感器测量所述线圈组在第一方向或第二方向上的出力值； 将对应所述线圈组在第一方向或第二方向上出力值最大的三相电流角度确定为所述线圈组的磁对准角度； 所述线圈组磁对准结束。
4.如权利要求3所述的动线圈式磁浮平面电机磁对准方法，其特征在于，还包括一种伺服修正磁对准角度方法，所述平面电机的各线圈组在一伺服系统中进行闭环控制，所述伺服系统中的控制器对应控制所述平面电机在各运动方向上的出力，其步骤包括: 选择一个线圈组作为目标线圈组进行磁对准角度伺服修正，使所述目标线圈组脱离闭环控制，由其余三个线圈组构成闭环控制，记录此时控制器的输出作为初始偏置； 给所述目标线圈组通入三相电流，该线圈组在伺服系统作用下保持在原处，变换所述三相电流的角度，记录此时控制器的输出作为实际输出； 将对应目标线圈组的三相电流角度调整到控制器实际输出与初始偏置最接近的位置； 伺服修正磁对准角度完成。
5.如权利要求4所述的动线圈式磁浮平面电机磁对准方法，其特征在于，对其中一个线圈组的磁对准角度进行伺服修正时，给所述目标线圈组通入的三相电流角度是在初始磁对准角度的基础上，在-1/Ν个磁对准角度周期到+1/Ν个磁对准角度周期的范围内变换。
6.如权利要求4所述的动线圈式磁浮平面电机磁对准方法，其特征在于，对其中一个线圈组的磁对准角度进行伺服修正时，所述目标线圈组通入电流产生开环垂向力，若产生水平向分力则继续进行磁对准角度调整。
【文档编号】H02N15/00GK103973172SQ201310030302
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年1月25日 优先权日:2013年1月25日
【发明者】张霖, 张晓文, 郭琳, 陈军, 张志钢 申请人:上海微电子装备有限公司