专利名称：用单片计算机控制的步进式直线电机驱动器的制作方法
技术领域：
本实用新型是用单片计算机控制的步进式直线电机驱动器，是用于自动控制的直线运动驱动装置。
在现有直线电机的技术中，步进式直线电机很少见，而由具有计算机串行通信接口的由单片机控制无触点电子开关，进而控制无触点步进直线电机的直线驱动器还未见报到。
公开号为CN1095527A(
公开日1994年11月23日)的中国发明专利申请公开说明书中，公开了一种数字电路控制的四绕组线圈磁阻步进式直线电机。从该说明书中看出，电机在运行时始终靠电磁吸力作用，电机在同一方向运行时，线圈的供电实现无触点化，提高了电机运行可靠性。但仍然存在以下功能局限性(1)该直线电机未实现计算机智能化，不能直接与计算机进行通信控制；(2)该直线电机在转换方向时仍需用有触点的开关手工控制，不能方便的用于自动控制中；(3)运行速度靠调整RC电路参数，不易实现自动灵活的改变电机速度及对电机位置控制。以上所述功能局限性，在一般应用场合影响不大，但在现代计算机智能控制中，功能尚不理想，不能直接做为有密码校验功能及进行有线及无线遥控的直线运动执行元件。
本实用新型目的是克服现有技术中不足之处，提供一种由具有计算机串行通信接口的单片机控制无触点电子开关，进而控制无触点步进式直线电机的直线驱动器，并可用中心计算机对多个该驱动器进行远程分布式网络控制及用智能卡对该驱动器控制。
本实用新型设计结构是一种用单片计算机控制的步进式直线电机驱动器，其特征是具有单片计算机电路、串行通信接口转换器、无触点电子开关和步进式直线电机，所述的单片计算机电路采用89C2051型单片机，该单片机的P1口控制了一个串行通信接口转换器和一个无触点电子开关，单片机的P1口控制串行通信接口转换器，把单片机的串行口R×D和T×D转换成两路输出，单片机的P1口控制无触点电子开关的输入，该无触点电子开关的输出连接了直线电机的励磁线圈的两端并对励磁线圈两端同时进行控制。
串行通信接口转换器由三2选1模拟开关集成电路CC4053组成，单片机的P1.4端口的输出，经过反相驱动器HCT04进行电平调整后控制CC4053的转换控制端A和B，单片机串行口的T×D和R×D端分别连接CC4053的公共输入/输出端ax/ay和bx/by，经CC4053转换后，分ax、bx及ay、by两路输出，一路连接联网通信，一路连接智能IC卡输入。
无触点电子开关由14个三极管，其中T1、T2、T4、T5、T6、T7、T10、T11、T12、T13是达林顿功率管，6个TTL反相器，10个开关二极管，22个电阻组成，单片机P1口的三条I/O线控制电子开关，其中单片机的P11.5和P1.7分别经过串接反相器IC3和IC4及电阻R1和R12后联接达林顿功率管T1和T2的基极，T1和T2的发射极接地，单片机的P1.6经过串接反相器IC2、IC1、IC5、IC6后，分别串接电阻R2、R6、R11、R7、R13、R17、R22、R18后联接三极管T3、T5、T6、T8、T9、T11、T12、T14的基极，而T3、T5、T6、T8的发射极联接T1的集电极，T9、T11、T12、T14的发射极联接T2的集电极，T3、T8、T9、T14的集电极输出则分别联接达林顿功率管T4、T7、T10、T13的基极，T4、T7、T10、T13的发射极联接电机驱动电源的正电端Vt，T4、T7的集电极分别串接电阻R5、R10后联接T1的集电极，而T10、T13的集电极分别经过电阻R16、R21后联接T2的集电极，T4的集电极与T5的集电极相联接后做为电子开关的一个输出端联接直线电机电磁线圈绕组N1的N1-1端，T7的集电极与T6的集电极相联接后做为电子开关的一个输出端联接直线电机电磁线圈绕组N1-2端，T10的集电极与T11的集电极相联接后做为电子开关的一个输出端联接直线电机电磁线圈绕组N2的N2-1端，T13的集电极与T12的集电极相联接后做为电子开关的一个输出端联接直线电机电磁线圈绕组N2的N2-2端，在T1、T2、T4、T5、T6、T7、T10、T11、T12、T13这10个三极管的发射极与集电极间分别并联一只开关二极管K5、K6 K1、K2、K3、K4、K7、K8、K9、K10。
所述的直线电机的定子组成有四个π型电磁铁，每个π型电磁铁有两个磁极，每个磁极绕有一个线圈，每个π型电磁铁为一个定子单元，共组成M1、M2、M3、M4共四个定子单元，每两个定子单元为一组对称分布在电枢条两侧，电枢条两侧对称分布的两个定子单元M1、M2的四个电磁线圈通过串、并相连接组成一个线圈绕组N1，电枢条两侧对称的两个定子单元M3、M4的四个电磁线圈，通过串、并相连接组成一个线圈绕组N2，该直线电机的动子是由形状相同的永久磁铁块及非导磁材料组成的电枢条，永久磁铁块的极性方向相同，动子的任意两个永久磁铁块之间不导磁，动子的永久磁铁块与定子的电磁铁磁极的间隙为L1，动子的永久磁铁块在N、S极连线方向上的长度为L2，L1≤1.5mm，L2≥6L1，任意相邻的两个永久磁铁块中心距为T，每个定子单元的π型电磁铁的两个电磁极铁芯中心距为1.5T，电枢条同一侧两个定子单元之间相邻的两个电磁铁芯中心矩为(1+3/4)T，定子单元的每个π型电磁铁的每个磁极在动子运动方向上的长度为T/2，动子的每个永久磁铁块在动子运动方向上的长度为T/2，直线电机在电子开关输出的四种电流状态N1-I1、N2-I2、N1-I3、N2-I4的循环控制下，该直线电机以每四拍为一周期，做直线步进运动，每运动一步为T/4，直线电机的所有线圈绕组的通电和断电及改变电流方向均实现无触点化，在直线电机两端的底板上固定有两对用非导磁材料制做的滚动轴承R1、R2、R3、R4，电枢条夹在成对的滚动轴承之间，调整滚动轴承在底板上的位置，可实现调整电枢条m与定子单元的间距，在电枢条与定子相对的表面涂以滑动摩擦系数低的非导磁材料涂层。
所述的直线电机的定子组成有四个永久磁铁T1、T2、T3、T4，每个永久磁铁连接两个π型电磁铁，每个π型电磁铁有两个磁极，每个磁极绕有一个线圈，每个永久磁铁与相联的两个π型电磁铁组成一个定子单元，共组成四个定子单元M1、M2、M3、M4，每两个定子单元为一组对称分布在电枢条两侧，电枢条一边的永久磁铁的N极与电枢条另一侧的永久磁铁的S极对称，电枢条同一侧的两个定子单元的两个永久磁铁的相邻的磁极的极性相同，电枢条两侧对称分布的两个定子单元的两个永久磁铁的磁力线经所连接的电磁铁的磁极及电枢条的软磁材料组成闭合的磁力线回路，电枢条两侧对称分布的两个定子单元M1、M2的八个电磁线圈通过串、并相联接组成一个线圈绕组N1，电枢条两侧对称分布的两个定子单元M3、M4的八个电磁线圈通过串、并相联接组成一个线圈绕组N2，该直线电机的动子是由形状相同的软磁材料块及非导磁材料组成的电枢条，动子的任意两个软磁材料块之间不导磁，动子任意相邻的两个软磁材料块中心距为T，每个定子单元上相邻电磁铁芯的中心距为1.5T，电枢条同一侧两个定子单元之间相邻的两个电磁铁芯中心距为(1+3/4)T，定子单元的每个π型电磁铁的磁极在动子方向上的长度为T/2动子的每个软磁材料块在动子运动方向上的长度为T/2，直线电机在电子开关输出的四种电流状态N1-I1、N2-I2、N1-I3、N2-I4的循环控制下，该直线电机以每四拍为一周期，做直线步进运动，每运动一步为T/4，直线电机的所有线圈绕组的通电和断电及改变电流方向均实现无触点化，在直线电机两端的底板上固定有两对滚动轴承R1、R2、R3、R4，电枢条夹在成对的滚动轴承之间，调整滚动轴承在底板上的位置，可实现调整电枢条m与定子单元的间距，在电枢条与定子相对的表面涂以滑动摩擦系数低的非导磁材料涂层。
优点①本实用新型优点是直线电机实现无触点以及采用无触点电子开关，提高了可靠性及寿命，有利于自动控制。
②由于采用了具有串行通信接口的单片机做为控制元件，可自动灵活改变电机速度及对运动的位置进行控制，由于单片机具有串行通信功能，有利于对直线电机进行有线远程控制及进行无线遥控。
③由于具有串行通信接口转换器，可实现对直线电机进行两级控制。
图1是本实用新型原理框图。
图2是本实用新型中单片计算机电路及串行通信接口转换器。
图3是本实用新型无触点电子开关电路。
图4是本实用新型实施例1中直线电机定子与动子间磁力矢量分析图。
图5、图6、图7、图8是本实用新型直线电机实施例1的对称电磁极式结构示意图和四种通电状态下磁力线方向示意图。
图9是实施例2中直线电机定子磁极与动子间磁力矢量分析图。
图10、图11、图12、图13是本实用新型直线电机实施例2的对称电磁极式结构示意图和四种通电状态下磁力线方向示意图。
以下结合附图对本实用新型实施例和工作原理作一说明
实施例1参见图1，本直线电机驱动器由单片计算机电路1、串行通信接口转换器2、无触点电子开关3、步进式直线电机4，共四部分组成。
本实用新型的单片计算机电路及串行通信接口转换器参见图2，本实用新型的单片计算机电路采用89C2051型单片机，外接晶振D1和电容C1、C2，向单片机提供工作时钟，单片计算机的P1口的P1.5、P1.6、P1.7口输出控制电子开关的信号，单片计算机P1.0口为工作方式选择端，当单片计算机的端口P1.0输入H电平，则本驱动器受P1.1输入控制，即P1.1输入H电平时，电机动子自动左移运动，当P1.1输入L电平时，电机动子自动右移运动，当单片计算机的端口P1.0输入L电平，则本驱动器受串行口的输入控制。
本实用新型的串行通信接口转换器，由三2选1模拟开关集成电路CC4053组成，单片机的P1.4端口的输出，经过反相驱动器HCT04进行电平调整后，控制CC4053的转换控制端A和B，单片机串行口的TXD和RXD端分别联接CC4053的公共输入/输出端ax/ay和bx/by，经CC4053转换后，分ax、bx及ay、by两路输出，一路联接联网通信，一路联接智能IC卡输入，当单片机的P1.4口输出H电平时，单片机串行口的TXD和RXD端经CC4053转换器转接后，经ax、bx端接联网通信，当单片机的P1.4输出L电平时，单片机串行口的TXD和RXD端经CC4053转换器转接后，经ay、by端接智能IC卡输入。
本实用新型的电子开关为无触点型，参见图3，电子开关是由T1-T14共14个三极管，IC1-IC6共6个反相器，K1-K10共10个开关二极管，R1-R22共22个电阻组成，其中T4、T7、T10、T13为PNP型达林顿管，T1、T2、T5、T6、T11、T12为NPN型达林顿管，T3、T8、T9、T14为NPN型三极管，所述的电子开关受单片机P1口的三条I/O线P1.5、P1.6、P1.7控制，在单片机P1口的三条I/O线控制下，电子开关通过四条输出线向直线电机输出的电流有四种状态N1-I1、N2-I2、N1-I3、N2-I4和一种停止状态，其中N1-I1联接N1线圈的N1-1端，N1-I3联接N1线圈的N1-2端，N2-I2联接N2线圈的N2-1端，N2-I4联接N2线圈的N2-2端，在四种电流状态循环控制下，该直线电机以每四拍为一周期，做直线步进运动，10个开关二极管用于直线电机在每一拍步进后，释放直线电机线圈的电感储能，以防线圈反电势对三极管造成损坏。
(1)停止状态单片机的P1.5和P1.7经反相器分别控制一个达林顿功率管T1和T2的基极，T1和T2的发射极接地，当单片机的P1.5和P1.7输出H电平时，经过反相器向达林顿功率管T1和T2的基极送L电平控制信号，则T1和T2截止，切断了直线电机的电磁线圈组N1和N2的接地端，这时直线电机处于停止状态。
(2)四步循环的步进运动的第一拍当P1.5为L电平，P1.7为H电平，P1.6为L电平，这时由于P1.5为L电平，经反相器IC3后，输出H电平控制T1的基极，则饱合导通了达林顿管T1，使T1的集电极接地，给电磁线圈N1准备好了接地条件，这时由于P1.7为H电平，则达林顿管T2截止，切断了电磁线圈N2的接地条件，由于P1.6为L电平，经反相器IC2后，向三极管T3的基极提供H电平，T3处于导通状态，则给T4的基极提供了L电平，则导通了达林顿管T4，把直线电机驱动电源的正电压Vt接至直线电机电磁线圈N1的N1-1端，这时P1.6经两极反相器IC1和IC2后，控制T5和T8的基极，使三极管T5，T7和T8处于截止状态，由于达林顿三极管T6的基极为H电平，则T6饱合导通，电磁线圈N1的N1-2端经饱合导通的T6和T1接地，这时在直线电机电磁线圈N1上流过电流N1-I1，直线电机进行第一拍步进运动。
(3)四步循环的步进运动的第二拍当P1.5为H电平，P1.7为L电平，P1.6为L电平，这时由于P1.7为L电平，经反相器IC4后，输出H电平控制T2的基极，则导通了达林顿管T2，给电磁线圈N2准备好了接地条件，这时由于P1.5为H电平，则达林顿管T1截止，切断了电磁线圈N1的接地条件，由于P1.6为L电平，经反相器IC5后，向三极管T9的基极提供H电平，T9处于导通状态，则给T10的基极提供了L电平，则导通了达林顿管T10，把直线电机驱动电源的正电压Vt接至电磁线圈N2的N2-1端，这时P1.6经两级反相器IC5、IC6后为L电平，控制T11和T14的基极，使三极管T11，T14和T13处于截止状态，由于达林顿三极管T12的基极为H电平，则T12导通，电磁线圈N2的N2-2端经饱合导通的T2和T12接地，这时在直线电机电磁线圈N2上流过电流N2-I2，直线电机进行第二拍步进运动。
(4)四步循环的步进运动的第三拍当P1.5为L电平，P1.7为H电平，P1.6为H电平，这时由于P1.5为L电平，则导通了达林顿管T1，给电磁线圈N1准备好了接地条件，这时由于P1.7为H电平，则达林顿管T2截止，切断了电磁线圈N2的接地条件，由于P1.6为H电平，经两级反相器后，向三极管T8的基极提供H电平，T8处于导通状态，则给T7的基极提供了L电平，则导通了达林顿管T7，把直线电机驱动电源的正电压Vt接至电磁线圈N1的N1-2端，这时P1.6经反相器IC2后为L电平，控制T3和T6的基极，使三极管T3，T4和T6处于截止状态，由于达林顿三极管T5的基极为H电平，则T5导通，电磁线圈N1的N1-1端经饱含导通的T1和T5接地，这时在直线电机电磁线圈N1上流过电流N1-I3，直线电机进行第三拍步进运动。
(5)四步循环的步进运动的第四拍当P1.5为H电平，P1.7为L电平，P1.6为H电平，这时由于P1.7为L电平，则导通了达林顿管T2，给电磁线圈N2准备好了接地条件，这时由于P1.5为H电平，则达林顿管T1截止，切断了电磁线圈N1的接地条件，由于P1.6为H电平，经两级反相器后，向三极管T14的基极提供H电平，T14处于导通状态，则给T13的基极提供了L电平，则导通了达林顿管T13，把直线电机驱动电源的正电压Vt接至电磁线圈N2的N2-2端，这时P1.6经反相器IC5后为L电平，控制T9和T12的基极，使三极管T9，T10和T12处于截止状态，由于达林顿三极管T11的基极为H电平，则T11导通，电磁线圈N2的N2-1端经饱合导通的T2和T11接地，这时在直线电机电磁线圈N2上流过电流N2-I4，直线电机进行第四拍步进运动。
本实用新型的直线电机部分为对称电磁极式结构。参见图5，图中1为π型电磁铁铁芯、2为电磁铁线圈、3为永久磁铁块、4为非导磁材料、5为滚动轴承，该直线电机的定子组成有四个π型电磁铁，每个π型电磁铁有两个磁极，每个磁极绕有一个线圈，每个π型电磁铁为一个定子单元，共组成M1、M2、M3、M4四个定子单元，每两个定子单元为一组对称分布在电枢条(动子)两侧，电枢条两侧对称分布的两个定子单元M1、M2的四个电磁线圈通过串、并相联接组成一个线圈绕组N1，N1线圈绕组的两端为N1-1和N1-2端，电枢条两侧对称分布的两个定子单元M3、M4的四个电磁线圈，通过串、并相联接组成一个线圈绕组N2，N2线圈绕组的两端为N2-1和N2-2端，图中A、B、C、D、E、F、G、H均为电磁铁磁极，其中A、B、C、D的四个电磁铁的线圈串并联，组成电机线圈绕组为N1。其中E、 F、G、H的四个电磁铁的线圈串、并联，组成电机线圈绕组为N2。该直线电机的动子是由形状相同的永久磁铁块及非导磁材料组成的电枢条，永久磁铁块的极性方向相同，动子的任意两个永久磁铁块之间不导磁，动子的永久磁铁块与定子的电磁铁磁极的间隙为L1，动子的永久磁铁块在N、S极连线方向上的长度为L2，L1≤1.mm，L2≥6L1，任意相邻的两个永久磁铁块中心距为T，每个定子单元的π型电磁铁的两个电磁极铁芯的中心距为1.5T，电枢条同一侧两个定子单元之间相邻的两个电磁铁芯中心距为(1+3/4)T，定子单元的每个π型电磁铁的每个磁极在动子运动方向上的长度为T/2，动子(电枢条)的每个永久磁铁块在动子运动方向上的长度为T/2，直线电机在电子开关输出的电流控制下，每运动一步(一拍)为T/4，直线电机的所有线圈绕组的通电和断电及改变电流方向均实现无触点化。在图5、图6、图7、图8这四种通电状态下，定子电磁铁可分别产生磁力线f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8。在直线电机两端的底板上固定有两对用非导磁材料制做的滚动轴承B1、R2、R3、R4，电枢条夹在成对的滚动轴承之间，调整滚动轴承在底板上的位置，可实现调整电枢条m与定子单元的间距。在电枢条(动子)与定子相对的表面涂以滑动摩擦系数低的非导磁材料涂层，(例如环氧树脂等)。该步进式直线电机的运动每四步为一周期，四步的通电状态和电磁铁的磁力线分步情况依次分别为图5是第一步，图6是第二步，图7是第三步，图8是第四步。在图5、图6、图7、图8的通电次序下，动子m的运动方向为箭头m1方向。若改变通电次序为图8、图7、图6、图5，则动子的运动方向也改变。
本实用新型所指直线电机在步进运动中定子与动子间的磁力线分布及磁力矢量分析如下图4为直线电机定子磁极对动子的磁吸引力矢量分析图，图4的(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)各座标图的Y轴方向为本发明直线电机电磁铁平行方向，(与动子运动方向垂直)，图中X轴与动子(电枢条)运动方向平行。
在图5状态下，对N1线圈绕组通以电流N1-I1，这时电磁极A、B、C、D上的电磁线圈产生的磁力线为f1、f2、f3、f4，磁力线如虚线所示，磁力线方向如虚线上箭头所示，这时电磁极A、B、C、D上的磁力极性如图5所示，对N2线圈绕组不通电流。这时电磁极A为N极，此N极对动子磁铁a5的S极产生磁吸力，其矢量图如图4-(1)的g1所示，g1可分解为与动子运动方向相同的g1′和与动子运动方向相垂直的g1″两个分量，其g1′为动子运动的动力，g1″产生动子与定子间的摩擦阻力。这时电磁极B为S极，此S极对动子磁铁a6的S极产生磁推力，其矢量图如图4-(2)的g2所示，g2可分解为与动子运动方向相同的g2′和与动子运动方向相垂直的g2″两个分量，其g2′为动子运动的动力，g2″产生动子与定子间的摩擦阻力。这时电磁极C为S极，此S极对动子磁铁a5的N极产生磁吸力，其矢量图如图4-(3)的g3所示，g3可分解为与动子运动方向相同的g3′和与动子运动方向相垂直的g3″两个分量，其g3′为动子运动的动力，g3″产生动子与定子间的摩擦阻力。这时电磁极D为N极，此N极对动子磁铁a6的N极产生磁推力，其矢量图如图4-(4)的g4所示，g4可分解为与动子运动方向相同的g4′和与动子运动方向相垂直的g4″两个分量，其g4′为动子运动的动力，g4″产生动子与定子间的摩擦阻力。这时由于线圈绕组N2不通电，没有电磁力，这时只存在动子的永久磁铁对定子电磁铁软磁材料的磁吸力，矢量分析如下，动子永久磁铁a8的S极对定子软磁材料磁极E的吸力如图4-(6)的g6所示，是一个与动子运动方向垂直的矢量g6，矢量g6与y轴方向相反。动子永久磁铁a8的N极对定子软磁材料磁极G的吸力如图4-(5)的g5所示，是一个与动子运动方向垂直的矢量g5，矢量g5与y轴方向相同。动子永久磁铁a9的S极对定子软磁材料磁极F的吸力如图4-(10)的g10所示，g10可分解为与动子运动方向相同的g10′和与动子运动方向相垂直的g10″。动子永久磁铁a9的N极对定子软磁材料磁极H的吸力如图4-(9)的g9所示，g9可分解为与动子运动方向相同的g9′和与动子运动方向相垂直的g9″。动子永久磁铁a10的S极对定子软磁材料磁极F的吸力如图4-(8)的g8所示，g8可分解为与动子运动方向相反的g8′和与动子运动方向相垂直的g8″。动子永久磁铁a10的N极对定子软磁材料磁极H的吸力如图4-(7)的g7所示，g7可分解为与动子运动方向相反的g7′和与动子运动方向相垂直的g7″。由于线圈绕组N2不通电，所以动子永久磁铁a8、a9、a10与定子间的磁力较弱，调整动子与定子M3和M4的间距，可使矢量g5与g6相抵消，矢量g7″与g8″相抵消，矢量g9″与g10″相抵消，矢量g7′与g9′相抵，矢量g8′与g10′相抵，所以定子单元M3和M4对动子的作用力很小，这时主要是由定子M1和M2对动子起磁力作用。调整动子与定子M1和M2的间距，可使矢量g1″与g3″相抵消，矢量g2″与g4″相抵消，只剩下g1′、g2′、g3′、g4′这四个与动子运动方向相同的磁力矢量，这四个磁力矢量是电机步进运动的第一拍动力，在这动力作用下，电机动子按图5中的箭头m1方向运动，电机运动至图6的状态。
在图6状态下，对N2线圈绕组通以电流N2-I2，这时电磁极E、F、G、H上的磁力极性如图6所示，f5、f6、f7、f8分别是磁极E、F、G、H上的电磁线圈产生的磁力线，磁力线如虚线所示，磁力线方向如虚线上箭头所示，对N1线圈绕组不通电流。这时电磁极F为N极，此N极对动子磁铁a10的S极产生磁吸力，其矢量图如图4-(1)的g1所示，g1可分解为与动子运动方向相同的g1′和与动子运动方向相垂直的g1″两个分量，其g1′为动子运动的动力，g1″产生动子与定子间的摩擦阻力。这时电磁极E为S极，此S极对动子磁铁a8的S极产生磁推力，其矢量图如图4-(2)的g2所示，g2可分解为与动子运动方向相同的g2′和与动子运动方向相垂直的g2″两个分量，其g2′为动子运动的动力，g2″产生动子与定子间的摩擦阻力。这时电磁极H为S极，此S极对动子磁铁a10的N极产生磁吸力，其矢量图如图4-(3)的g3所示，g3可分解为与动子运动方向相同的g3′和与动子运动方向相垂直的g3″两个分量，其g3′为动子运动的动力，g3″产生动子与定子间的摩擦阻力。这时电磁极G为N极，此N极对动子磁铁a8的N极产生磁推力，其矢量图如图4-(4)的g4所示，g4可分解为与动子运动方向相同的g4′和与动子运动方向相垂直的g4″两个分量，其g4′为动子运动的动力，g4″产生动子与定子间的摩擦阻力。这时由于线圈绕组N1不通电，没有电磁力，这时只存在动子的永久磁铁对定子电磁铁软磁材料的磁吸力，矢量分析如下，动子永久磁铁a5的S极对定子软磁材料磁极A的吸力如图4-(6)的g6所示，是一个与动子运动方向垂直的矢量g6，矢量g6与y轴方向相反。动子永久磁铁a5的N极对定子软磁材料磁极C的吸力如图4-(5)的g5所示，是一个与动子运动方向垂直的矢量g5，矢量g5与y轴方向相同。动子永久磁铁a6的S极对定子软磁材料磁极B的吸力如图4-(10)的g10所示，g10可分解为与动子运动方向相同的g10′和与动子运动方向相垂直的g10″。动子永久磁铁a6的N极对定子软磁材料磁极D的吸力如图4-(9)的g9所示，g9可分解为与动子运动方向相同的g9′和与动子运动方向相垂直的g9″。动子永久磁铁a7的S极对定子软磁材料磁极B的吸力如图4-(8)的g8所示，g8可分解为与动子运动方向相反的g8′和与动子运动方向相垂直的g8″。动子永久磁铁a7的N极对定子软磁材料磁极D的吸力如图4-(7)的g7所示，g7可分解为与动子运动方向相反的g7′和与动子运动方向相垂直的g7″。由于线圈绕组N1不通电，所以动子永久磁铁a5、a6、a7与定子间的磁力较弱，调整动子与定子M1和M2的距离，可使矢量g5与g6相抵消，矢量g7″与g8″相抵消，矢量g9″与g10″相抵消，矢量g7′与g9′相抵，矢量g8′与g10′相抵，所以定子单元M1和M2对动子的作用力很小，这时主要是由定子M3和M4对动子起磁力作用。调整动子与定子M3和M4的距离，可使矢量g1″与g3″相抵消，矢量g2″与g4″相抵消，只剩下g1′、g2′、g3′、g4′这四个与动子运动方向相同的磁力矢量，这四个磁力矢量是电机步进运动的第二拍动力，在这动力作用下，电机动子按图6中的箭头m1方向运动，电机运动至图7的状态。
在图7状态下，对N1线圈绕组通以电流N1-I3，这时电磁极A、B、C、D上的磁力极性如图7所示，f1、f2、f3、f4分别是磁极A、B、C、D上的电磁线圈产生的磁力线，磁力线如虚线所示，磁力线方向如虚线上箭头所示，对N2线圈绕组不通电流。这时电磁极B为N极，此N极对动子磁铁a7的S极产生磁吸力，其矢量图如图4-(1)的g1所示，g1可分解为与动子运动方向相同的g1′和与动子运动方向相垂直的g1″两个分量，其g1′为动子运动的动力，g1″产生动子与定子间的摩擦阻力。这时电磁极A为S极，此S极对动子磁铁a5的S极产生磁推力，其矢量图如图4-(2)的g2所示，g2可分解为与动子运动方向相同的g2′和与动子运动方向相垂直的g2″两个分量，其g2′为动子运动的动力，g2″产生动子与定子间的摩擦阻力。这时电磁极D为S极，此S极对动子磁铁a7的N极产生磁吸力，其矢量图如图4-(3)的g3所示，g3可分解为与动子运动方向相同的g3′和与动子运动方向相垂直的g3″两个分量，其g3′为动子运动的动力，g3″产生动子与定子间的摩擦阻力。这时电磁极C为N极，此N极对动子磁铁a5的N极产生磁推力，其矢量图如图4-(4)的g4所示，g4可分解为与动子运动方向相同的g4′和与动子运动方向相垂直的g4″两个分量，其g4′为动子运动的动力，g4″产生动子与定子间的摩擦阻力。这时由于线圈绕组N2不通电，没有电磁力，这时只存在动子的永久磁铁对定子电磁铁软磁材料的磁吸力，矢量分析如下，动子永久磁铁a10的S极对定子软磁材料磁极F的吸力如图4-(6)的g6所示，是一个与动子运动方向垂直的矢量g6，矢量g6与y轴方向相反。动子永久磁铁a10的N极对定子软磁材料磁极H的吸力如图4-(5)的g5所示，是一个与动子运动方向垂直的矢量g5，矢量g5与y轴方向相同。动子永久磁铁a8的S极对定子软磁材料磁极E的吸力如图4-(10)的g10所示，g10可分解为与动子运动方向相同的g10′和与动子运动方向相垂直的g10″。动子永久磁铁a8的N极对定子软磁材料磁极G的吸力如图4-(9)的g9所示，g9可分解为与动子运动方向相同的g9′和与动子运动方向相垂直的g9″。动子永久磁铁a9的S极对定子软磁材料磁极E的吸力如图4-(8)的g8所示，g8可分解为与动子运动方向相反的g8′和与动子运动方向相垂直的g8″。动子永久磁铁a9的N极对定子软磁材料磁极G的吸力如图4-(7)的g7所示，g7可分解为与动子运动方向相反的g7′和与动子运动方向相垂直的g7″。由于线圈绕组N2不通电，所以动子永久磁铁a8、a9、a10与定子间的磁力较弱，调整动子与定子M3和M4的距离，可使矢量g5与g6相抵消，矢量g7″与g8″相抵消，矢量g9″与g10″相抵消，矢量g7′与g9′相抵，矢量g8′与g10′相抵，所以定子单元M3和M4对动子的作用力很小，这时主要是由定子M1和M2对动子起磁力作用。调整动子与定子M1和M2的距离，可使由于矢量g1″与g3″相抵消，矢量g2″与g4″相抵消，只剩下g1′、g2′、g3′、g4′这四个与动子运动方向相同的磁力矢量，这四个磁力矢量是电机步进运动的第三拍动力，在这动力作用下，电机动子按图7中的箭头m1方向运动，电机运动至图8的状态。
在图8状态下，对N2线圈绕组通以电流N2-I4，这时电磁极E、F、G、H上的磁力极性如图8所示，f5、f6、f7、f8分别是磁极E、F、G、H上的电磁线圈产生的磁力线，磁力线如虚线所示，磁力线方向如虚线上箭头所示，对N1线圈绕组不通电流。这时电磁极E为N极，此N极对动子磁铁a9的S极产生磁吸力，其矢量图如图4-(1)的g1所示，g1可分解为与动子运动方向相同的g1′和与动子运动方向相垂直的g1″两个分量，其g1′为动子运动的动力，g1″产生动子与定子间的摩擦阻力。这时电磁极F为S极，此S极对动子磁铁a10的S极产生磁推力，其矢量图如图4-(2)的g2所示，g2可分解为与动子运动方向相同的g2′和与动子运动方向相垂直的g2″两个分量，其g2′为动子运动的动力，g2″产生动子与定子间的摩擦阻力。这时电磁极G为S极，此S极对动子磁铁a9的N极产生磁吸力，其矢量图如图4-(3)的g3所示，g3可分解为与动子运动方向相同的g3′和与动子运动方向相垂直的g3″两个分量，其g3′为动子运动的动力，g3″产生动子与定子间的摩擦阻力。这时电磁极H为N极，此N极对动子磁铁a10的N极产生磁推力，其矢量图如图4-(4)的g4所示，g4可分解为与动子运动方向相同的g4′和与动子运动方向相垂直的g4″两个分量，其g4′为动子运动的动力，g4″产生动子与定子间的摩擦阻力。这时由于线圈绕组N1不通电，没有电磁力，这时只存在动子的永久磁铁对定子电磁铁软磁材料的磁吸力，矢量分析如下，动子永久磁铁a7的S极对定子软磁材料磁极B的吸力如图4-(6)的g6所示，是一个与动子运动方向垂直的矢量g6，矢量g6与y轴方向相反。动子永久磁铁a7的N极对定子软磁材料磁极D的吸力如图4-(5)的g5所示，是一个与动子运动方向垂直的矢量g5，矢量g5与y轴方向相同。动子永久磁铁a5的S极对定子软磁材料磁极A的吸力如图4-(10)的g10所示，g10可分解为与动子运动方向相同的g10′和与动子运动方向相垂直的g10″。动子永久磁铁a5的N极对定子软磁材料磁极C的吸力如图4-(9)的g9所示，g9可分解为与动子运动方向相同的g9′和与动子运动方向相垂直的g9″。动子永久磁铁a6的S极对定子软磁材料磁极A的吸力如图4-(8)的g8所示，g8可分解为与动子运动方向相反的g8′和与动子运动方向相垂直的g8″。动子永久磁铁a6的N极对定子软磁材料磁极C的吸力如图4-(7)的g7所示，g7可分解为与动子运动方向相反的g7′和与动子运动方向相垂直的g7″。由于线圈绕组N1不通电，所以动子永久磁铁a5、a6、a7与定子间的磁力较弱，调整动子与定子M1和M2的距离，可使矢量g5与g6相抵消，矢量g7″与g8″相抵消，矢量g9″与g10″相抵消，矢量g7′与g9′相抵，矢量g8′与g10′相抵，所以定子单元M1和M2对动子的作用力很小，这时主要是由定子M3和M4对动子起磁力作用。调整动子与定子M3和M4的距离，可使矢量g1″与g3″相抵消，矢量g2″与g4″相抵消，只剩下g1′、g2′、g3′、g4′这四个与动子运动方向相同的磁力矢量，这四个磁力矢量是电机步进运动的第四拍动力，在这动力作用下，电机动子按图8中的箭头m1方向运动，电机运动至图5的状态，又循环进入第一拍运动。
这样直线电机在N1-I1、N2-I2、N1-I3、N2-I4这四种电流循环控制下做直线步进运动，若改变电流循环次序为N2-I4、N1-I3、N2-I2、N1-I1，则动子的直线运动方向相反。
实施例2参见图1，由单片计算机电路1、串行通信接口转换器2、无触点电子开关3、步进式直线电机4，共四部分组成。其中单片计算机电路、串行通信接口转换器、无触点电子开关这三部分，与前面实施例1介绍的由永久磁铁单元块和非导磁材料组成电枢条(动子)及在电枢条两侧对称分布两对由电磁铁组成的定子单元的步进式直线电机驱动器的单片计算机电路、串行通信接口转换器、无触点电子开关等三部分完全相同，而直线电机部分的区别如下所述本实用新型的直线电机部分为对称磁极式结构，参见图10，图中1为永久磁铁、2为π型电磁铁铁芯、3为电磁铁线圈、4为非导磁材料、5为软磁材料、6为滚动轴承。直线电机的定子组成有四个永久磁铁T1、T2、T3、T4，每个永久磁铁联接两个π型电磁铁，每个π型电磁铁有两个磁极，每个磁极绕有一个线圈，每个永久磁铁与相联的两个π型电磁铁组成一个定子单元，共组成四个定子单元M1、M2、M3、M4，每两个定子单元为一组对称分布在电枢条两侧，电枢条一边的永久磁铁的N极与电枢条另一侧的永久磁铁的S极相对称，电枢条同一侧的两个定子单元的两个永久磁铁的相邻磁极的极性相同，电枢条两侧对称分布的两个定子单元的两个永久磁铁的磁力线经所联接的电磁铁的磁极及电枢条的软磁材料组成闭合的磁力线回路，电枢条两侧对称分布的两个定子单元M1、M2的八个电磁线圈通过串、并相联接组成一个线圈绕组N1，电枢条两侧对称分布的两个定子单元M3、M4的八个电磁线圈通过串、并相联接组成一个线圈绕组N2，该直线电机的动子是由形状相同的软磁材料块及非导磁材料组成的电枢条，动子的任意两个软磁材料块之间不导磁，动子任意相邻的两个软磁材料块中心距为T，每个定子单元上相邻电磁铁芯的中心距为1.5T，电枢条同一侧两个定子单元之间相邻的电磁铁芯中心距为(1+3/4)T，定子单元的每个π型电磁铁的磁极在动子运动方向上的长度为T/2，动子(电枢条)的每个软磁材料块在动子运动方向上的长度为T/2，直线电机在电子开关输出的四种电流状态N1-I1、N2-I2、N1-I3、N2-I4的循环控制下，该直线电机以每四拍为一周期，做直线步进运动，每运动一步(一拍)为T/4，直线电机的所有线圈绕组的通电和断电及改变电流方向均实现无触点化。每台直线电机有4个永久磁铁T1、T2、T3、T4，永久磁铁产生的磁力线分别为f1、f2、f3、f4、f9、f10、f11、f12，磁力线如图中虚线所示，磁力线方向如虚线箭头所示，其中f1和f4组成闭合的磁力线回路，其中f2和f3组成闭合的磁力线回路，其中f9和f12组成闭合的磁力线回路，其中f10和f11组成闭合的磁力线回路，每个永久磁铁的N、S极上分别联有1个π型电磁铁铁芯(总共有八个π型电磁铁铁芯)，每个π型电磁铁铁芯上分别有两个电磁铁线圈，图中A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、C3、C4、D1、D2、D3、D4均为电磁铁线圈，其中A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4这八个电磁铁的线圈串、并联，组成电机线圈绕组为N1，绕组N1的两个端子为N1-1和N1-2，其中C1、C2、C3、C4、D1、D2、D3、D4这8个电磁铁的线圈串、并联，组成电机线圈绕组为N2，绕组N2的两个端子为N2-1和N2-2。在图10、图11、图12、图13这四种通电状态下，电磁线圈绕组N1和N2可分别产生磁力线f5、f6、f7、f8、f13、f14、f15、f16。每台直线电机的动子为一电枢条m。在直线电机两端的底板上固定有两对滚动轴承R1、R2、R3、R4，电枢条夹在成对的滚动轴承之间，调整滚动轴承在底板上的位置，可实现调整电枢条m与定子单元的间距。在电枢条(动子)与定子相对的表面涂以滑动摩擦系数低的非导磁材料涂层，(例如环氧树脂等)。
对称电磁极步进式直线电机的运动每四拍为一周期，四拍的通电状态及永久磁铁和电磁铁的磁力线分步情况依次分别为图10是第一拍，图11是第二拍，图12是第三拍，图13是第四拍。在图10、图11、图12、图13的通电次序下，动子m的运动方向为箭头m1方向。若改变通电次序，则动子m的运动方向也改变。
本实用新型所指直线电机的定子与动子间的磁力线分布及磁力矢量分析如下(1)在图10的状态下，电磁线圈绕组N1通电，电流方向为N1-I1的箭头方向，电磁绕组N2不通电，这时本直线电机只有由永久磁铁T1、T2、T3、T4产生的磁力线f1、f2、f3、f4、f9、f10、f11、f12和由N1线圈绕组产生的磁力线f5、f6，并且f5和f6都是闭合的磁力线回路，如虚线所示，磁力线方向如虚线箭头所示。在图10的状态下，直线电机定子磁极对动子的磁吸引力矢量分析图为图9的(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)各座标图所示。图中Y轴方向为本直线电机电磁铁平行方向，(与动子运动方向垂直)，图中X轴与动子(电枢条)运动方向平行。在电磁极A1上，由电磁铁产生的磁力线f5与永久磁铁T1的磁力线f1方向相同，互相迭加，共同对动子作用的磁力矢量为图9(1)的g1所示，g1可分解为g1′和g1″两个分量，其中g1′与电枢条运动方向m1相同，提供电机前进动力，而g1″与电枢条运动方向相垂直，产生电枢条与电磁极之间的摩擦阻力。在电磁极A2上，永久磁铁T1的磁力线f2与电磁铁磁力线f5方向相反，互相抵消。在电磁极A3上，由电磁铁产生的磁力线f6与永久磁铁T1的磁力线f2方向相同，互相迭加，共同对动子作用的磁力矢量为图9(1)g1所示，g1可分解为g1′和g1″两个分量，其中g1′与电枢条运动方向m1相同，提供电机前进动力，而g1″与电枢条运动方向相垂直，产生电枢条与电磁极之间的摩擦阻力。在电磁极A4上，永久磁铁T1的磁力线f1与电磁铁磁力线f6方向相反，互相抵消。在电磁极B1上，由电磁铁产生的磁力线f5与永久磁铁T2的磁力线f4方向相同，互相迭加，共同对动子作用的磁力矢量为图9(2)的g2所示，g2可分解为g2′和g2″两个分量，其中g2′与电枢条运动方向m1相同，提供电机前进动力，而g2″与电枢条运动方向相垂直，产生电枢条与电磁极之间的摩擦阻力。在电磁极B2上，永久磁铁T2的磁力线f3与电磁铁磁力线f5方向相反，互相抵消。在电磁极B3上，由电磁铁产生的磁力线f6与永久磁铁T2的磁力线f3方向相同，互相迭加，共同对动子作用的磁力矢量为图9(2)g2所示，g2可分解为g2′和g2″两个分量，其中g2′与电枢条运动方向m1相同，提供电机前进动力，而g2″与电枢条运动方向相垂直，产生电枢条与电磁极之间的摩擦阻力。在电磁极B4上，永久磁铁T2的磁力线f4与电磁铁磁力线f6方向相反，互相抵消。这时由于电磁线圈绕组N2没有电流，所以在定子磁极c1、c2、c3、c4、D1、D2、D3、D4上没有电磁铁产生的磁力线，而只有永久磁铁T3和T4的磁力线f9、f10、f11、f12对电枢条有磁力作用。永久磁铁T3的磁力线f9和f10在磁极c1和c3上对电枢条的磁力矢量为图9(7)所示，其磁力g7只产生摩擦阻力，而永久磁铁T3的磁力线f10和f9在电磁极c2和c4上分别分解为对称的两条磁力线f10′、f10″和f9′、f9″。而f9′和f10′对电枢条的电磁力如图9(5)的g5所示，g5可以分解为g5′和g5″，其中g5′与电枢条的运动方向m1相反，g5″则产生摩擦阻力。而f9″和f10″对电枢条的电磁力如图9(3)的g3所示。g3可以分解为g3′和g3″，其中g3′与电枢条的运动方向m1相同，g3″则产生摩擦阻力。永久磁铁T4的磁力线f11和f12在磁极D1和D3上对电枢条的磁力矢量为图9(8)所示，其磁力g8只产生摩擦阻力，而永久磁铁T4的磁力线f11和f12在电磁极D2和D4上分别分解为对称的两条磁力线f10′，f10″和f9′，f9″。而f9′和f10′对电枢条的电磁力如图9(6)的g6所示，g6可以分解为g6′和g6″，其中g6′与电枢条的运动方向m1相反，g6″则产生摩擦阻力。而f9″和f10″对电枢条的电磁力如图9(4)的g4所示，可以分解为g4′和g4″，其中g4′与电枢条的运动方向m1相同，g4″则产生摩擦阻力。通过以上矢量分析，即g1″与g2″抵消，g3″与g4″抵消，g5″与g6″抵消，g7与g8抵消，g3′与g5′抵消，g4′与g6′抵消后，仅剩下与动子运动方向相同的g1′和g2′磁力矢量，这g1′和g2′磁力矢量是电机步进运动的第一拍动力，在这动力作用下，电机动子按图10中的箭头m1方向运动，电机运动至图11的状态。
(2)在图11的状态下，电磁线圈绕组N2通电，电流方向为N2-I2的箭头方向，电磁绕组N1不通电，这时本直线电机只有由永久磁铁T1、T2、T3、T4产生的磁力线f1、f2、f3、f4、f9、f10、f11、f12和由N2线圈绕组产生的磁力线f13、f14，并且f13和f14都是闭合的磁力线回路，如虚线所示，磁力线方向如虚线箭头所示。在图11的状态下，直线电机定子磁极对动子的磁吸引力矢量分析结果与图10的状态下分析结果相同，仅剩下与动子运动方向相同的磁力矢量，这与动子运动方向相同的磁力矢量是电机步进运动的第二拍动力，在这动力作用下，电机动子按图11中的箭头m1方向运动，电机运动至图12的状态。
(3)在图12的状态下，电磁线圈绕组N1通电，电流方向为N1-I3的箭头方向，电磁绕组N2不通电，这时本直线电机只有由永久磁铁T1、T2、T3、T4产生的磁力线f1、f2、f3、f4、f9、f10、f11、f12和由N1线圈绕组产生的磁力线f7、f8，并且f7和f8都是闭合的磁力线回路，如虚线所示，磁力线方向如虚线箭头所示。在图12的状态下，直线电机定子磁极对动子的磁吸引力矢量分析结果与图10的状态下分析结果相同，仅剩下与动子运动方向相同的磁力矢量，这与动子运动方向相同的磁力矢量是电机步进运动的第三拍动力，在这动力作用下，电机动子按图12中的箭头m1方向运动，电机运动至图13的状态。
(4)在图13的状态下，电磁线圈绕组N2通电，电流方向为N2-I4的箭头方向，电磁绕组N1不通电，这时本直线电机只有由永久磁铁T1、T2、T3、T4产生的磁力线f1、f2、f3、f4、f9、f10、f11、f12和由N2线圈绕组产生的磁力线f15、f16，并且f15和f16都是闭合的磁力线回路，如虚线所示，磁力线方向如虚线箭头所示。在图13的状态下，直线电机定子磁极对动子的磁吸引力矢量分析结果与图10的状态下分析结果相同，仅剩下与动子运动方向相同的磁力矢量，这与动子运动方向相同的磁力矢量是电机步进运动的第四拍动力，在这动力作用下，电机动子按图13中的箭头m1方向运动，电机运动至图10的状态。又循环进入第一拍运动。
这样直线电机在N1-I1、N2-I2、N1-I3、N2-I4这四种电流循环控制下做直线步进运动。若改变电流循环次序为N2-I4、N1-I3、N2-I2、N1-I1，则动子的直线运动方向相反。
电子开关的输入P1.5、P1.6、P1.7与电子开关的输出N1-I1、N2-I2、N1-I3、N2-I4的功能表如下
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单片计算机控制步进电机四拍运动的软件流程表如下
权利要求1.一种用单片计算机控制的步进式直线电机驱动器，其特征是具有单片计算机电路(1)、串行通信接口转换器(2)、无触点电子开关(3)和步进式直线电机(4)，所述的单片计算机电路(1)采用89C2051型单片机，该单片机的P1口控制了一个串行通信接口转换器(2)和一个无触点电子开关(3)，单片机的P1口控制串行通信接口转换器，把单片机的串行口R×D和T×D转换成两路输出，单片机的P1口控制无触点电子开关的输入，该无触点电子开关(3)的输出连接了直线电机(4)的励磁线圈的两端并对励磁线圈两端同时进行控制。
2.根据权利要求1所述的驱动器，其特征在于串行通信接口转换器(2)由三2选1模拟开关集成电路CC4053组成，单片机的P14端口的输出，经过反相驱动器HCT04进行电平调整后控制CC4053的转换控制端A和B，单片机(1)串行口的T×D和R×D端分别连接CC4053的公共输入/输出端ax/ay和bx/by，经CC4053转换后，分ax、bx及ay、by两路输出，一路连接联网通信，一路连接智能IC卡输入。
3.根据权利要求1所述的驱动器，其特征是无触点电子开关由14个三极管，其中T1、T2、T4、T5、T6、T7、T10、T11、T12、T13是达林顿功率管，6个TTL反相器，10个开关二极管，22个电阻组成，单片机P1口的三条I/O线控制电子开关，其中单片机的P1.5和P1.7分别经过串接反相器IC3和IC4及电阻R1和R12后联接达林顿功率管T1和T2的基极，T1和T2的发射极接地，单片机的P1.6经过串接反相器IC2、IC1、IC5、IC6后，分别串接电阻R2、R6、R11、R7、R13、R17、R22、R18后联接三极管T3、T5、T6、T8、T9、T11、T12、T14的基极，而T3、T5、T6、T8的发射极联接T1的集电极，T9、T11、T12、T14的发射极联接T2的集电极，T3、T8、T9、T14的集电极输出则分别联接达林顿功率管T4、T7、T10、T13的基极，T4、T7、T10、T13的发射极联接电机驱动电源的正电端Vt，T4、T7的集电极分别串接电阻R5、R10后联接T1的集电极，而T10、T13的集电极分别经过电阻R16、R21后联接T2的集电极，T4的集电极与T5的集电极相联接后做为电子开关的一个输出端联接直线电机电磁线圈绕组N1的N1-1端，T7的集电极与T6的集电极相联接后做为电子开关的一个输出端联接直线电机电磁线圈绕组N1的N1-2端，T10的集电极与T11的集电极相联接后做为电子开关的一个输出端联接直线电机电磁线圈绕组N2的N2-1端，T13的集电极与T12的集电极相联接后做为电子开关的一个输出端联接直线电机电磁线圈绕组N2的N2-2端，在T1、T2、T4、T5、T6、T7、T10、T11、T12、T13这10个三极管的发射极与集电极间分别并联一只开关二极管K5、K6、K1、K2、K3、K4、K7、K8、K9、K10。
4.根据权利要求1所述的单片计算机控制的步进式直线电机驱动器，其特征在于所述的直线电机(4)的定子组成有四个π型电磁铁，每个π型电磁铁有两个磁极，每个磁极绕有一个线圈，每个π型电磁铁为一个定子单元，共组成M1、M2、M3、M4共四个定子单元，每两个定子单元为一组对称分布在电枢条两侧，电枢条两侧对称分布的两个定子单元M1、M2的四个电磁线圈通过串、并相连接组成一个线圈绕组N1，电枢条两侧对称的两个定子单元M3、M4的四个电磁线圈，通过串、并相联接组成一个线圈绕组N2，该直线电机的动子是由形状相同的永久磁铁块及非异磁材料组成的电枢条，永久磁块的极性方向相同，动子的任意两个永久磁铁块之间不导磁，动子的永久磁铁块与定子的电磁铁磁极的间隙为L1，动子的永久磁铁块在N、S极连线方向上的长度为L2，L1≤1，5mm，L2≥6L1，任意相邻的两个永久磁铁块中心距为T，每个定子单元的π型电磁铁的两个电磁极铁芯中心距为1.5T，电枢条同一侧两个定子单元之间相邻的两个电磁铁芯中心距为(1+3/4)T，定子单元的每个π型电磁铁的每个磁极在动子运动方向上的长度为T/2，动子的每个永久磁铁块在动子运动方向上的长度为T/2，直线电机在电子开关输出的四种电流状态N1-I1、N2-I2、N1-I3、N2-I4的循环控制下，该直线电机以每四拍为一周期，做直线步进运动，每运动一步为T/4，直线电机的所有线圈绕组的通电和断电及改变电流方向均实现无触点化，在直线电机两端的底板上固定有两对用非导磁材料制做的滚动轴承R1、R2、R3、R4，电枢条夹在成对的滚动轴承之间，调整滚动轴承在底板上的位置，可实现调整电枢条m与定子单元的间距，在电枢条与定子相对的表面涂以滑动摩擦系数低的非导磁材料涂层。
5.根据权利要求1或3所述的单片计算机控制的步进式直线电机驱动，其特征在于所述的直线电机的定子组成有四个永久磁铁T1、T2、T3、T4，每个永久磁铁连接两个π型电磁铁，每个π型电磁铁有两个磁极，每个磁极绕有一个线圈，每个永久磁铁与相联的两个π型电磁铁组成一个定子单元，共组成四个定子单元M1、M2、M3、M4，每两个定子单元为一组对称分布在电枢条两侧，电枢条一边的永久磁铁的N极与电枢条另一侧的永久磁铁的S极对称，电枢条同一侧的两个定子单元的两个永久磁铁的相邻的磁极的极性相同，电枢条两侧对称分布的两个定子单元的两个永久磁铁的磁力线经所连接的电磁铁的磁极及电枢条的软磁材料组成闭合的磁力线回路，电枢条两侧对称分布的两个定子单元M1、M2的八个电磁线圈通过串、并相联接组成一个线圈绕组N1，电枢条两侧对称分布的两个定子单元M3、M4的八个电磁线圈通过串、并相联接组成一个线圈绕组N2，该直线电机的动子是由形状相同的软磁材料块及非导磁材料组成的电枢条，动子的任意两个软磁材料块之间不导磁，动子任意相邻的两个软磁材料块中心距为T，每个定子单元上相邻电磁铁芯的中心距为1.5T，电枢条同一侧两个定子单元之间相邻的两个电磁铁芯中心距为(1+3/4)T，定子单的每个π型电磁铁的磁极在动子运动方向上的长度为T/2，动子的每个软磁材料块在动子运动方向上的长度为T/2，直线电机在电子开关输出的四种电流状态N1-I1、N2-I2、N1-I3、N2-I的循环控制下，该直线电机以每四拍为一周期，做直线步进运动，每动一步为T/4，直线电机的所有线圈绕组的通电和断电及改变电流向均实现无触点化，在直线电机两端的底板上固定有两对滚动轴承R1R2、R3、R4，电枢条夹在成对的滚动轴承之间，调整滚动轴承底板上的位置，可实现调整电枢条m与定子单元的间距，在电枢条与子相对的表面涂以滑动摩擦系数低的非导磁材料涂层。
专利摘要一种用单片计算机控制的步进式直线电机驱动器,本驱动器由单片机控制无触点电子开关向直线电机提供步进驱动电流。直线电机由绕有电磁线圈的定子单元和动子(电枢条)组成,每两个定子单元为一组对称分布在电枢条两侧,电枢条在步进运动中可拖动直线运动的负载,简化了传动装置,本驱动器采用的单片机有串行通信接口,可用中心计算机对多个该驱动器进行远程分布式网络控制及用智能卡对该驱动器控制。
文档编号H02P8/00GK2291749SQ96235799
公开日1998年9月16日 申请日期1996年4月12日 优先权日1996年4月12日
发明者贾新竹 申请人:贾新竹