动线圈型磁浮电机的磁对准方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种动线圈型磁浮电机的磁对准方法及系统，所述方法包括：在所述磁钢阵列和动子线圈之间设置弹性保护层；通过磁敏感传感器获取动子线圈的初始位置；根据所述初始位置确定每个发力体的磁对准水平位置扫描范围；向所述动线圈型磁浮电机输入恒定的交轴电流和直轴电流；通过垂向位置测量系统在每个磁对准水平位置扫描范围内扫描以获取相应的水平位置作为对应发力体的初始磁角度。本发明能够探知每个发力体在磁场中的精确初始磁角度，磁对准速度快、精度高。
【专利说明】动线圈型磁淳电机的磁对准方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种动线圈型磁浮电机的磁对准方法及系统。
【背景技术】
[0002] 对于动线圈型磁浮电机而言，基于矢量控制的解耦策略是一种比较成熟的控制方 法，该方法通过坐标变换，实现了永磁同步电机的直轴电流和交轴电流的解耦，从而达到了 水平向运动与垂向运动的独立控制。
[0003] 对于这种解耦控制策略，在进行伺服闭环时，首先需要知道磁浮电机动子在磁钢 阵列中的位置，即初始磁角度。否则，由于闭环时发力体出力方向未知，磁浮电机在尚未浮 起时，便很可能已经出现水平力超过静摩擦力而导致电机动子产生滑动，使得磁浮电机动 子和定子之间出现机械摩擦，影响产品安全和使用寿命。
[0004] 为了获知初始磁角度，一种方法是在系统中加入磁敏感传感器，如霍耳元件。这样 在初始化时，可以通过这些传感器来直接得到磁浮电机动子相对于磁场的初始位置。但是， 霍耳元件在磁场中的测量精度不高，导致初始磁角度误差较大，进而使得直轴电流和交轴 电流之间不能完全解耦，降低了伺服性能。
[0005] 专利号为US7205741的美国专利中提出了一种利用位移来探测初始磁角度的 方法。该美国专利技术方案中，动子线圈的底部与磁钢阵列接触的部分设有一层"end stops"，具有一定的弹性，原本用于保护动子线圈和磁钢阵列接触时的机械撞击。当动子线 圈中通入电流，并改变电流的控制角时，动子线圈所产生的力将随着控制角的变化而变化。 由于"end stops"可以压缩，因此动子线圈与磁钢阵列之间的垂向距离也将随着控制角的 变化而变化。这样，根据垂向距离最大或者最小时的电角度，即可获知动子线圈在磁钢阵列 中的初始磁角度。
[0006] 上述磁对准方法需要不断变更电流的控制角，在磁对准范围内进行逐一扫描。如 果要获得更高的磁对准精度，控制角的变化间隔必须比较小，这导致对准时间大大加长，不 利于广率的提商。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种动线圈型磁浮电机的磁对准方法及系统，能够探知每 个发力体在磁场中的精确初始磁角度，磁对准速度快、精度高。
[0008] 为解决上述问题，本发明提供一种动线圈型磁浮电机的磁对准方法，所述动线圈 型磁浮电机包括磁钢阵列和动子线圈，所述动子线圈包括多个发力体，所述方法包括：
[0009] 在所述磁钢阵列和动子线圈之间设置弹性保护层；
[0010] 通过磁敏感传感器获取动子线圈的初始位置；
[0011] 根据所述初始位置确定每个发力体的磁对准水平位置扫描范围；
[0012] 向所述动线圈型磁浮电机输入恒定的交轴电流和直轴电流；
[0013] 通过垂向位置测量系统在每个磁对准水平位置扫描范围内扫描以获取相应的水 平位置作为对应发力体的初始磁角度。
[0014] 进一步的，在上述方法中，根据所述初始位置确定每个发力体的磁对准水平位置 扫描范围的步骤中，
[0015] 所述磁对准水平位置扫描范围取[pos_x0-Δ χ-3 σ-dl-d2, pos_ χ0-Δ χ+3 σ +dl+d2]，其中，（pos_x0, pos_y0)为根据每个发力体与动子线圈的初始位置 的固定偏差所计算得到的每个发力体的理论上的所在位置，σ为所述磁敏感传感器的定 位方差，dl为所述磁敏感传感器的机械安装公差，d2为所述动子线圈的机械安装公差， (Λ X，Ay)为每个发力体相对于所述动子线圈的初始位置的偏离量。
[0016] 进一步的，在上述方法中，通过垂向位置测量系统在每个磁对准水平位置扫描范 围内扫描以获取相应的水平位置作为对应发力体的初始磁角度的步骤中，根据预设的磁对 准精度确定扫描步长。
[0017] 进一步的，在上述方法中，向所述动线圈型磁浮电机输入恒定的交轴电流和直轴 电流的步骤中，所述交轴电流的值为零，所述直轴电流的值为非零。
[0018] 进一步的，在上述方法中，通过垂向位置测量系统在每个磁对准水平位置扫描范 围内扫描以获取相应的水平位置作为对应发力体的初始磁角度的步骤中，
[0019] 通过垂向位置测量系统在每个磁对准水平位置扫描范围内扫描以获取当发力体 与所述磁钢阵列之间的垂向距离为最大时对应的水平位置，将所述对应的水平位置作为对 应发力体的初始磁角度。
[0020] 进一步的，在上述方法中，向所述动线圈型磁浮电机输入恒定的交轴电流和直轴 电流的步骤中，所述交轴电流的值为非零，所述直轴电流的值为零。
[0021] 进一步的，在上述方法中，通过垂向位置测量系统在每个磁对准水平位置扫描范 围内扫描以获取相应的水平位置作为对应发力体的初始磁角度的步骤中，
[0022] 通过垂向位置测量系统在每个磁对准水平位置扫描范围内获取发力体与所述磁 钢阵列之间的垂向距离变化最小时对应的水平位置，将所述对应的水平位置作为对应发力 体的初始磁角度。
[0023] 根据本发明的另一面，提供一种动线圈型磁浮电机的磁对准系统，所述动线圈型 磁浮电机包括磁钢阵列和动子线圈，所述动子线圈包括多个发力体，所述系统包括：
[0024] 在所述磁钢阵列和动子线圈之间设置的弹性保护层；
[0025] 磁敏感传感器，用于获取动子线圈的初始位置；
[0026] 扫描范围模块，用于根据所述初始位置确定每个发力体的磁对准水平位置扫描范 围；
[0027] 驱动器，用于向所述动线圈型磁浮电机输入恒定的交轴电流和直轴电流；
[0028] 垂向位置测量系统，用于在每个磁对准水平位置扫描范围内扫描以获取相应的水 平位置作为对应发力体的初始磁角度。
[0029] 进一步的，在上述系统中，所述扫描范围模块取[pos_x0-Ax-30-dl_d2，pos_ χ0-Δχ+3 σ +dl+d2]作为所述磁对准水平位置扫描范围，其中，（pos_x0, pos_y0)为根据每 个发力体与动子线圈的初始位置的固定偏差所计算得到的每个发力体的理论上的所在位 置，σ为所述磁敏感传感器的定位方差，dl为所述磁敏感传感器的机械安装公差，d2为所 述动子线圈的机械安装公差，（△& Ay)为每个发力体相对于所述动子线圈的初始位置的 偏尚量。
[0030] 进一步的，在上述系统中，所述垂向位置测量系统根据预设的磁对准精度确定扫 描步长。
[0031] 进一步的，在上述系统中，所述驱动器输入的所述交轴电流的值为零，所述直轴电 流的值为非零。
[0032] 进一步的，在上述系统中，所述垂向位置测量系统在每个磁对准水平位置扫描范 围内扫描以获取当发力体与所述磁钢阵列之间的垂向距离为最大时对应的水平位置，将所 述对应的水平位置作为对应发力体的初始磁角度。
[0033] 进一步的，在上述系统中，所述驱动器输入的所述交轴电流的值为非零，所述直轴 电流的值为零。
[0034] 进一步的，在上述系统中，所述垂向位置测量系统在每个磁对准水平位置扫描范 围内获取发力体与所述磁钢阵列之间的垂向距离变化最小时对应的水平位置，将所述对应 的水平位置作为对应发力体的初始磁角度。
[0035] 与现有技术相比，本发明通过在所述磁钢阵列和动子线圈之间设置弹性保护层； 通过磁敏感传感器获取动子线圈的初始位置；根据所述初始位置确定每个发力体的磁对准 水平位置扫描范围；向所述动线圈型磁浮电机输入恒定的交轴电流和直轴电流；通过垂向 位置测量系统在每个磁对准水平位置扫描范围内扫描以获取相应的水平位置作为对应发 力体的初始磁角度，能够探知每个发力体在磁场中的精确初始磁角度，磁对准速度快、精度 商。
【专利附图】
【附图说明】
[0036] 图1是本发明一实施例的动线圈型磁浮电机的结构主示图；
[0037] 图2是本发明一实施例的动线圈型磁浮电机的结构侧示图；
[0038] 图3是本发明实施例一的动线圈型磁浮电机的磁对准方法的流程图；
[0039] 图4是本发明实施例一的动线圈型磁浮电机的磁对准方法的原理图；
[0040] 图5是本发明实施例二的动线圈型磁浮电机的磁对准方法的流程图；
[0041] 图6是本发明实施例二的动线圈型磁浮电机的磁对准方法的原理图
[0042] 图7是本发明实施例三的动线圈型磁浮电机的磁对准系统的模块示意图。
【具体实施方式】
[0043] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0044] 实施例一
[0045] 如图1和2所示，本实施例提供一种动线圈型磁浮电机的磁对准方法，所述动线圈 型磁浮电机包括磁钢阵列1和动子线圈2,所述动子线圈2包括多个发力体，例如，图1中共 有4个发力体X1、X2、Y1、Y2,如图1?3所示，本实施例中对每个发力体确定初始磁角度都 进行如下步骤，具体包括：
[0046] 步骤S11，在所述磁钢阵列和动子线圈之间设置弹性/柔性保护层3,所述柔性保 护层在拉伸或挤压的情况下能够敏感的产生形变，所述弹性保护层3用于保护线圈绕组和 磁钢阵列接触时的机械撞击。
[0047] 步骤S12,通过磁敏感传感器5获取动子线圈的初始位置，所述磁敏感传感器5可 为霍尔（Hall)传感器。
[0048] 步骤S13,根据所述初始位置确定每个发力体的磁对准水平位置扫描范围，即确定 每个发力体的大致位置。
[0049] 优选的，步骤S13中，所述磁对准水平位置扫描范围取[pos_ χ0- Δ χ-3 σ -dl-d2, pos_x0- Δ χ+3 σ +dl+d2]，其中，（pos_x0, pos_y0)为根据每个发力体与 动子线圈的初始位置的固定偏差所计算得到的每个发力体的理论上的所在位置，σ为所述 磁敏感传感器的定位方差，dl为所述磁敏感传感器的机械安装公差，d2为所述动子线圈的 机械安装公差，（Ax，Ay)为每个发力体相对于所述动子线圈的初始位置的偏离量。具体 的，磁对准时，首先根据磁敏感传感器测量得到动子线圈位置，给出进行磁对准扫描的初始 搜索范围。假定磁敏感传感器测量的磁钢阵列的位置为（x〇，y〇，r Z〇)，根据每个发力体与动 子线圈位置的固定偏差所计算得到的发力体位置为（P〇S_x〇, P〇s_y〇)，并假定磁敏感传感 器的定位方差为σ，Hall传感器的机械安装公差为dl，动子线圈的机械安装公差为d2,每 个发力体相对于动子线圈位置的偏离量为（Λχ，Ay)，那么对于每个发力体，磁对准的初始 扫描位置可以取[P0s_x0 - Δ χ-3 σ -dl-d2, pos_x0- Δ χ+3 σ +dl+d2]。
[0050] 步骤S14,向所述动线圈型磁浮电机输入恒定的交轴电流和直轴电流，所述交轴电 流（q轴电流）的值为零，所述直轴电流（d轴电流）的值为非零，具体的，可通过一驱动器q 轴电流为零，d轴电流为非零。
[0051] 步骤S15,通过垂向位置测量系统6在每个磁对准水平位置扫描范围内扫描以 获取相应的水平位置作为对应发力体的初始磁角度。具体的，此时由于动子线圈中电 流的存在，每个发力体将产生一个垂向力，根据磁浮电机的工作原理，该垂向力大小为：
【权利要求】
1. 一种动线圈型磁浮电机的磁对准方法，所述动线圈型磁浮电机包括磁钢阵列和动子 线圈，所述动子线圈包括多个发力体，其特征在于，所述方法包括： 在所述磁钢阵列和动子线圈之间设置弹性保护层； 通过磁敏感传感器获取动子线圈的初始位置； 根据所述初始位置确定每个发力体的磁对准水平位置扫描范围； 向所述动线圈型磁浮电机输入恒定的交轴电流和直轴电流； 通过垂向位置测量系统在每个磁对准水平位置扫描范围内扫描以获取相应的水平位 置作为对应发力体的初始磁角度。
2. 如权利要求1所述的动线圈型磁浮电机的磁对准方法，其特征在于，根据所述初始 位置确定每个发力体的磁对准水平位置扫描范围的步骤中， 所述磁对准水平位置扫描范围取[P〇S_X〇- Δ χ-3 σ -dl-d2, pos_x〇- Δ χ+3 σ +dl+d2]， 其中，（pos_X〇, p〇S_yO)为根据每个发力体与动子线圈的初始位置的固定偏差所计算得到 的每个发力体的理论上的所在位置，σ为所述磁敏感传感器的定位方差，dl为所述磁敏感 传感器的机械安装公差，d2为所述动子线圈的机械安装公差，（△ X，△ y)为每个发力体相对 于所述动子线圈的初始位置的偏离量。
3. 如权利要求1所述的动线圈型磁浮电机的磁对准方法，其特征在于，通过垂向位置 测量系统在每个磁对准水平位置扫描范围内扫描以获取相应的水平位置作为对应发力体 的初始磁角度的步骤中，根据预设的磁对准精度确定扫描步长。
4. 如权利要求1所述的动线圈型磁浮电机的磁对准方法，其特征在于，向所述动线圈 型磁浮电机输入恒定的交轴电流和直轴电流的步骤中，所述交轴电流的值为零，所述直轴 电流的值为非零。
5. 如权利要求4所述的动线圈型磁浮电机的磁对准方法，其特征在于，通过垂向位置 测量系统在每个磁对准水平位置扫描范围内扫描以获取相应的水平位置作为对应发力体 的初始磁角度的步骤中， 通过垂向位置测量系统在每个磁对准水平位置扫描范围内扫描以获取当发力体与所 述磁钢阵列之间的垂向距离为最大时对应的水平位置，将所述对应的水平位置作为对应发 力体的初始磁角度。
6. 如权利要求1所述的动线圈型磁浮电机的磁对准方法，其特征在于，向所述动线圈 型磁浮电机输入恒定的交轴电流和直轴电流的步骤中，所述交轴电流的值为非零，所述直 轴电流的值为零。
7. 如权利要求6所述的动线圈型磁浮电机的磁对准方法，其特征在于，通过垂向位置 测量系统在每个磁对准水平位置扫描范围内扫描以获取相应的水平位置作为对应发力体 的初始磁角度的步骤中， 通过垂向位置测量系统在每个磁对准水平位置扫描范围内获取发力体与所述磁钢阵 列之间的垂向距离变化最小时对应的水平位置，将所述对应的水平位置作为对应发力体的 初始磁角度。
8. -种动线圈型磁浮电机的磁对准系统，所述动线圈型磁浮电机包括磁钢阵列和动子 线圈，所述动子线圈包括多个发力体，其特征在于，所述系统包括： 在所述磁钢阵列和动子线圈之间设置的弹性保护层； 磁敏感传感器，用于获取动子线圈的初始位置； 扫描范围模块，用于根据所述初始位置确定每个发力体的磁对准水平位置扫描范围； 驱动器，用于向所述动线圈型磁浮电机输入恒定的交轴电流和直轴电流； 垂向位置测量系统，用于在每个磁对准水平位置扫描范围内扫描以获取相应的水平位 置作为对应发力体的初始磁角度。
9. 如权利要求8所述的动线圈型磁浮电机的磁对准系统，其特征在于，所述扫描范围 模块取[P〇s_xO_ Δ χ-3 σ -dl-d2, pos_x〇- Δ χ+3 σ +dl+d2]作为所述磁对准水平位置扫描 范围，其中，（P〇s_X0，p〇s_y0)为根据每个发力体与动子线圈的初始位置的固定偏差所计算 得到的每个发力体的理论上的所在位置，σ为所述磁敏感传感器的定位方差，dl为所述磁 敏感传感器的机械安装公差，d2为所述动子线圈的机械安装公差，（△ X，△ y)为每个发力体 相对于所述动子线圈的初始位置的偏离量。
10. 如权利要求8所述的动线圈型磁浮电机的磁对准系统，其特征在于，所述垂向位置 测量系统根据预设的磁对准精度确定扫描步长。
11. 如权利要求8所述的动线圈型磁浮电机的磁对准系统，其特征在于，所述驱动器输 入的所述交轴电流的值为零，所述直轴电流的值为非零。
12. 如权利要求11所述的动线圈型磁浮电机的磁对准系统，其特征在于，所述垂向位 置测量系统在每个磁对准水平位置扫描范围内扫描以获取当发力体与所述磁钢阵列之间 的垂向距离为最大时对应的水平位置，将所述对应的水平位置作为对应发力体的初始磁角 度。
13. 如权利要求8所述的动线圈型磁浮电机的磁对准系统，其特征在于，所述驱动器输 入的所述交轴电流的值为非零，所述直轴电流的值为零。
14. 如权利要求13所述的动线圈型磁浮电机的磁对准系统，其特征在于，所述垂向位 置测量系统在每个磁对准水平位置扫描范围内获取发力体与所述磁钢阵列之间的垂向距 离变化最小时对应的水平位置，将所述对应的水平位置作为对应发力体的初始磁角度。
【文档编号】H02N15/00GK104143936SQ201310167107
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月8日 优先权日:2013年5月8日
【发明者】张晓文, 张霖, 严兰舟, 杨晓峰 申请人:上海微电子装备有限公司