專利名稱：一種動鐵式直線電機線圈陣列功率驅(qū)動分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動鐵式直線電機線圈陣列與驅(qū)動器連接方式，特別涉及一種驅(qū)動
器分配方法。
背景技術(shù)：
直線電機是一種將電能轉(zhuǎn)換成直線運動機械能而不需要中間任何轉(zhuǎn)換裝置的電機。它改變過去以鏈條、鋼絲繩、傳送帶、齒條絲杠等傳統(tǒng)的中間轉(zhuǎn)換體系，克服了傳統(tǒng)機械轉(zhuǎn)換機構(gòu)的傳動鏈長、體積大、效率低、精度差等缺陷，具有起動推力大、傳動剛度高、動態(tài)響應(yīng)快、定位精度高、行程長度不受限制等優(yōu)點。其應(yīng)用范圍十分廣泛，如機床工作、列車驅(qū)動、物料運送、自動繪圖儀、家用電器、半導(dǎo)體等方面。就直線電機結(jié)構(gòu)而言，分為多種形式，專利200410046893. X、專利200610033455. 9及專利01803670. 8描述了幾種不同結(jié)構(gòu)的直線電機及其應(yīng)用。 其中，動鐵式直線電機是其中一種應(yīng)用較為廣泛的直線電機。對于直線電機而言，行程長度是衡量其性能的一個重要方面。而對于本發(fā)明研究的動鐵式直線電機，若想使行程長度變長，其定子線圈務(wù)必會隨著行程的增大而增多，從而引起用于驅(qū)動線圈的功率驅(qū)動器數(shù)量的增多，這是一筆昂貴的費用。因此，一種既能減少驅(qū)動器數(shù)量，又能保證直線電機大行程直線運動的驅(qū)動分配方法亟待提出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種動鐵式直線電機線圈陣列功率驅(qū)動分配方法，在采用
指定數(shù)量驅(qū)動器的情況下，實現(xiàn)動鐵式直線電機大行程直線運動。 為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下 —種動鐵式直線電機線圈陣列功率驅(qū)動分配方法，所述的動鐵式直線電機包含定子線圈陣列和動子磁鋼陣列，其特征在于所述方法包括以下步驟 1)將動鐵式直線電機長方形定子線圈陣列分成n個劃分區(qū)域，每個劃分區(qū)域再分為工作狀態(tài)區(qū)域和過渡狀態(tài)區(qū)域，所述的工作狀態(tài)區(qū)域內(nèi)包含工作線圈，所述的狀態(tài)過渡區(qū)域內(nèi)包含過渡線圈，其中所述過渡狀態(tài)區(qū)域位于每個劃分區(qū)域的兩側(cè)，動子磁鋼陣列尺寸小于定子線圈陣列； 2)根據(jù)步驟1)中每個劃分區(qū)域中的線圈數(shù)量，確定功率驅(qū)動器的總數(shù)量與一個劃分區(qū)域內(nèi)的工作線圈和過渡線圈總數(shù)量一致，所有功率驅(qū)動器組成驅(qū)動器陣列；
3)設(shè)置開關(guān)設(shè)備，將所述驅(qū)動器陣列通過開關(guān)設(shè)備與定子線圈陣列連接，并保證每個驅(qū)動器與每個劃分區(qū)域內(nèi)對應(yīng)位置的線圈通過開關(guān)設(shè)備連接，且同一時刻一個驅(qū)動器只能與一個對應(yīng)線圈連通； 4)利用位移傳感器，測量當前時刻動子的位置X ; 5)根據(jù)所述的動子位置X以及步驟1)所劃分區(qū)域，確定當前時刻工作狀態(tài)區(qū)域內(nèi)工作線圈的位置及過渡狀態(tài)區(qū)域內(nèi)過渡線圈的位置，并給工作線圈通上工作電流，給過渡線圈通上零電流； 6)在動子從當前位置運動到下個位置過程中，斷開退出過渡狀態(tài)區(qū)域的線圈與所對應(yīng)驅(qū)動器的連接，連通進入過渡狀態(tài)區(qū)域的線圈與所對應(yīng)驅(qū)動器的連接，從過渡狀態(tài)區(qū)域進入工作狀態(tài)區(qū)域的線圈從零電流切換至工作電流，從工作狀態(tài)區(qū)域進入到過渡狀態(tài)區(qū)域的線圈電流切換至零； 7)動子在不斷的運動過程中，依次重復(fù)步驟5) 6)，從而實現(xiàn)動鐵式直線電機線圈陣列功率驅(qū)動的分配。
上述技術(shù)方案中，其特征在于，所述的過渡狀態(tài)區(qū)域?qū)挾劝凑杖缦鹿接嬎?br> 設(shè)L為過渡狀態(tài)區(qū)域?qū)挾龋琕max為所述動子運動的最大速度，T為定子線圈陣列通過開關(guān)設(shè)備接通或斷開驅(qū)動器的最大轉(zhuǎn)換時間，則滿足L > VMX*T。 本發(fā)明所述的工作狀態(tài)區(qū)域大小的確定方法為在保證動子磁鋼陣列下方覆蓋線圈與磁鋼陣列電磁作用不會產(chǎn)生邊緣效應(yīng)的前提下，工作狀態(tài)區(qū)域取覆蓋線圈外圍最大尺寸，過渡狀態(tài)區(qū)域內(nèi)框與所述工作狀態(tài)區(qū)域大小一致，并在過渡狀態(tài)區(qū)域內(nèi)框沿運動方向兩側(cè)擴展所述過渡狀態(tài)區(qū)域?qū)挾萀，形成過渡狀態(tài)區(qū)域外框，通過過渡狀態(tài)區(qū)域內(nèi)外框的限定確定過渡狀態(tài)區(qū)域。 本發(fā)明步驟1)中所述n的確定方法如下 設(shè)S為定子線圈陣列沿運動方向的長度，a為過渡狀態(tài)區(qū)域外框沿運動方向的長度； 計算S除以a，結(jié)果若剛好為整數(shù)!V則n = 即定子線圈陣列剛好分成n個劃
分區(qū)域，結(jié)果若不是整數(shù)值，則向上取整到m2，則n = m2+l，即定子線圈陣列分成n個劃分區(qū)
域，其中，前m2個劃分區(qū)域為完整劃分區(qū)域，最后一個劃分區(qū)域為不完整劃分區(qū)域。 本發(fā)明的技術(shù)特征還在于步驟1)中所述過渡狀態(tài)區(qū)域內(nèi)的過渡線圈數(shù)量由所
述過渡狀態(tài)區(qū)域?qū)挾燃皢蝹€線圈尺寸大小確定，每個劃分區(qū)域的大小至少等于動子磁鋼陣
列所覆蓋區(qū)域的大小。 由于采用了以上的技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點及突出性效果，即在所述定子線圈陣列包括的線圈數(shù)量較大的情況下，通過不同驅(qū)動分配狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，使位于磁鋼陣列下方或附近的線圈處于實際通電工作狀態(tài)，減少驅(qū)動線圈的功率驅(qū)動器數(shù)量，保障要求通電線圈的正常工作，節(jié)約成本，提高工作效率，實現(xiàn)直線電機的大行程直線運動。


圖1是本發(fā)明采用的動鐵式直線電機線圈陣列功率驅(qū)動分配裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明動子磁鋼陣列從下往上看的平面示意圖。
圖3a、3b是本發(fā)明定子線圈陣列不同劃分區(qū)域平面示意圖。
圖4a、4b是本發(fā)明工作過程中驅(qū)動分配狀態(tài)的轉(zhuǎn)換圖。 其中，l-動子；2-動子磁鋼陣列；3-工作狀態(tài)區(qū)域；4_過渡狀態(tài)區(qū)域；5_定子；6-定子線圈陣列；7_驅(qū)動器陣列；8_開關(guān)設(shè)備；9_線路電纜；10_不完整劃分區(qū)域。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
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圖1為本發(fā)明采用的動鐵式直線電機線圈陣列功率驅(qū)動分配裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖，包括動鐵式直線電機、驅(qū)動器陣列7、開關(guān)設(shè)備8及過渡狀態(tài)區(qū)域4，所述動鐵式直線電機包括定子5和與之相配合的動子1，定子5包括由若干個線圈組成的定子線圈陣列6，動子下表面設(shè)置有動子磁鋼陣列2，所述的開關(guān)設(shè)備8通過電纜9分別與驅(qū)動器陣列7及定子線圈陣列6連接，開關(guān)設(shè)備可以進行軟切換、硬切換，并可在連續(xù)或不連續(xù)的狀態(tài)下都能夠正常工作。 本發(fā)明提供的一種動鐵式直線電機線圈陣列功率驅(qū)動分配方法，該方法包括以下步驟 1)將動鐵式直線電機長方形定子線圈陣列分成n個劃分區(qū)域，每個劃分區(qū)域再分為工作狀態(tài)區(qū)域和過渡狀態(tài)區(qū)域，所述的工作狀態(tài)區(qū)域內(nèi)包含工作線圈，所述的狀態(tài)過渡區(qū)域內(nèi)包含過渡線圈，其中所述過渡狀態(tài)區(qū)域位于每個劃分區(qū)域的兩側(cè)，動子磁鋼陣列尺寸小于定子線圈陣列； 2)根據(jù)步驟1)中每個劃分區(qū)域中的線圈數(shù)量，確定功率驅(qū)動器的總數(shù)量與一個劃分區(qū)域內(nèi)的工作線圈和過渡線圈總數(shù)量一致，所有功率驅(qū)動器組成驅(qū)動器陣列；
3)設(shè)置開關(guān)設(shè)備，將所述驅(qū)動器陣列通過開關(guān)設(shè)備與定子線圈陣列連接，并保證每個驅(qū)動器與每個劃分區(qū)域內(nèi)對應(yīng)位置的線圈通過開關(guān)設(shè)備連接，且同一時刻一個驅(qū)動器只能與一個對應(yīng)線圈連通； 4)利用位移傳感器，測量當前時刻動子的位置X ; 5)根據(jù)所述的動子位置X以及步驟1)所劃分區(qū)域，確定當前時刻工作狀態(tài)區(qū)域內(nèi)工作線圈的位置及過渡狀態(tài)區(qū)域內(nèi)過渡線圈的位置，并給工作線圈通上工作電流，給過渡線圈通上零電流； 6)在動子從當前位置運動到下個位置過程中，斷開退出過渡狀態(tài)區(qū)域的線圈與所對應(yīng)驅(qū)動器的連接，連通進入過渡狀態(tài)區(qū)域的線圈與所對應(yīng)驅(qū)動器的連接，從過渡狀態(tài)區(qū)域進入工作狀態(tài)區(qū)域的線圈從零電流切換至工作電流，從工作狀態(tài)區(qū)域進入到過渡狀態(tài)區(qū)域的線圈電流切換至零； 7)動子在不斷的運動過程中，依次重復(fù)步驟5) 6)，從而實現(xiàn)動鐵式直線電機線圈陣列功率驅(qū)動的分配。 參考圖l，所述的過渡狀態(tài)區(qū)域?qū)挾劝凑杖缦鹿接嬎?設(shè)L為過渡狀態(tài)區(qū)域?qū)挾龋琕max為所述動子運動的最大速度，T為定子線圈陣列通過開關(guān)設(shè)備接通或斷開驅(qū)動器的最大轉(zhuǎn)換時間，則滿足L > VMX*T。 所述的工作狀態(tài)區(qū)域大小的確定方法為在保證動子磁鋼陣列下方覆蓋線圈與磁鋼陣列電磁作用不會產(chǎn)生邊緣效應(yīng)的前提下，工作狀態(tài)區(qū)域取覆蓋線圈外圍最大尺寸，過渡狀態(tài)區(qū)域內(nèi)框與所述工作狀態(tài)區(qū)域大小一致，并在過渡狀態(tài)區(qū)域內(nèi)框沿運動方向兩側(cè)擴展所述過渡狀態(tài)區(qū)域?qū)挾萀，形成過渡狀態(tài)區(qū)域外框，通過過渡狀態(tài)區(qū)域內(nèi)外框的限定確定過渡狀態(tài)區(qū)域。 所述n的確定方法如下 設(shè)S為定子線圈陣列沿運動方向的長度，a為過渡狀態(tài)區(qū)域外框沿運動方向的長度； 計算S除以a，結(jié)果若剛好為整數(shù)mi，則n = mi，即定子線圈陣列剛好分成n個劃分區(qū)域，結(jié)果若不是整數(shù)值，則向上取整到m2，則n = m2+l，即定子線圈陣列分成n個劃分區(qū)
域，其中，前m2個劃分區(qū)域為完整劃分區(qū)域，最后一個劃分區(qū)域為不完整劃分區(qū)域。 所述過渡狀態(tài)區(qū)域內(nèi)的過渡線圈數(shù)量由所述過渡狀態(tài)區(qū)域?qū)挾燃皢蝹€線圈尺寸
大小確定，每個劃分區(qū)域的大小至少等于動子磁鋼陣列所覆蓋區(qū)域的大小。
實施例 參考圖1、4，演示動子1在運動過程中驅(qū)動分配狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程，以便進一步理解 本發(fā)明。 所述動子1運動的最大速度Vmax = lm/s，所述定子線圈陣列6通過開關(guān)設(shè)備8接 通或斷開驅(qū)動器的最大轉(zhuǎn)換時間T = 0. lms，根據(jù)過渡狀態(tài)區(qū)域4寬度計算公式L > Vmax*T， 取L = 30mm。 在保證動子磁鋼陣列2下方覆蓋線圈與磁鋼陣列電磁作用不會產(chǎn)生邊緣效應(yīng)的 前提下，工作狀態(tài)區(qū)域3取所覆蓋線圈外圍最大尺寸，即工作狀態(tài)區(qū)域3沿運動方向的長度 為60mm。過渡狀態(tài)區(qū)域內(nèi)框與所述工作狀態(tài)區(qū)域大小一致，在過渡狀態(tài)區(qū)域內(nèi)框沿運動方 向兩側(cè)擴展所述過渡狀態(tài)區(qū)域4寬度L，形成過渡狀態(tài)區(qū)域外框，則過渡狀態(tài)區(qū)域外框沿運 動方向的長度a = 120mm，通過過渡狀態(tài)區(qū)域內(nèi)外框的限定確定過渡狀態(tài)區(qū)域4。
定子線圈陣列6沿運動方向的長度S二480mm，所述過渡狀態(tài)區(qū)域外框沿運動方向 的長度a二 120mm，計算S除以a，結(jié)果為n^ = 4。 1)根據(jù)上述計算，取n = mi = 4，將動鐵式直線電機長方形定子線圈陣列分成4個 劃分區(qū)域，每個劃分區(qū)域再分為工作狀態(tài)區(qū)域和過渡狀態(tài)區(qū)域，所述的工作狀態(tài)區(qū)域內(nèi)包 含工作線圈2個，所述的狀態(tài)過渡區(qū)域內(nèi)包含過渡線圈2個，其中所述過渡狀態(tài)區(qū)域位于每 個劃分區(qū)域的兩側(cè)，動子磁鋼陣列尺寸小于定子線圈陣列； 2)根據(jù)步驟1)中每個劃分區(qū)域中的線圈數(shù)量，確定功率驅(qū)動器的總數(shù)量與一個 劃分區(qū)域內(nèi)的工作線圈和過渡線圈總數(shù)量一致，即為4個，所有功率驅(qū)動器組成驅(qū)動器陣 列； 3)設(shè)置開關(guān)設(shè)備，將所述驅(qū)動器陣列通過開關(guān)設(shè)備與定子線圈陣列連接，并保證 每個驅(qū)動器與每個劃分區(qū)域內(nèi)對應(yīng)位置的線圈通過開關(guān)設(shè)備連接，且同一時刻一個驅(qū)動器 只能與一個對應(yīng)線圈連通； 4)參考圖4a、4b，利用位移傳感器，測量當前時刻動子的位置X ; 5)根據(jù)所述的動子位置X以及步驟1)所劃分區(qū)域，確定當前時刻工作狀態(tài)區(qū)域內(nèi)
工作線圈的位置及過渡狀態(tài)區(qū)域內(nèi)過渡線圈的位置，并給工作線圈通上工作電流，給過渡
線圈通上零電流； 6)在動子從當前位置運動到下個位置過程中，斷開退出過渡狀態(tài)區(qū)域的一個線圈 與所對應(yīng)驅(qū)動器的連接，連通進入過渡狀態(tài)區(qū)域的一個線圈與所對應(yīng)驅(qū)動器的連接，從過 渡狀態(tài)區(qū)域進入工作狀態(tài)區(qū)域的一個線圈從零電流切換至工作電流，從工作狀態(tài)區(qū)域進入 到過渡狀態(tài)區(qū)域的一個線圈電流切換至零； 7)動子l在不斷的運動過程中，依次重復(fù)步驟5) 6)，從而實現(xiàn)了動鐵式平面電 機線圈陣列功率驅(qū)動的分配。 在上述步驟中，處于過渡狀態(tài)區(qū)域4的線圈電流大小都為零，目的是保證開關(guān)轉(zhuǎn) 換過程平緩過渡，避免電流不連續(xù)帶來的沖擊。
通過上述步驟，在所述定子線圈陣列6包括的線圈數(shù)量較大的情況下，減少驅(qū)動 線圈的功率驅(qū)動器數(shù)量，保障要求通電線圈的正常工作，節(jié)約成本，提高工作效率，實現(xiàn)直 線電機的大行程直線運動。
權(quán)利要求
一種動鐵式直線電機線圈陣列功率驅(qū)動分配方法，所述的動鐵式直線電機包含定子線圈陣列和動子磁鋼陣列，其特征在于，所述方法包括1)將動鐵式直線電機長方形定子線圈陣列分成n個劃分區(qū)域，每個劃分區(qū)域再分為工作狀態(tài)區(qū)域和過渡狀態(tài)區(qū)域，所述的工作狀態(tài)區(qū)域內(nèi)包含工作線圈，所述的狀態(tài)過渡區(qū)域內(nèi)包含過渡線圈，其中所述過渡狀態(tài)區(qū)域位于每個劃分區(qū)域的兩側(cè)，動子磁鋼陣列尺寸小于定子線圈陣列；2)根據(jù)步驟1)中每個劃分區(qū)域中的線圈數(shù)量，確定功率驅(qū)動器的總數(shù)量與一個劃分區(qū)域內(nèi)的工作線圈和過渡線圈總數(shù)量一致，所有功率驅(qū)動器組成驅(qū)動器陣列；3)設(shè)置開關(guān)設(shè)備，將所述驅(qū)動器陣列通過開關(guān)設(shè)備與定子線圈陣列連接，并保證每個驅(qū)動器與每個劃分區(qū)域內(nèi)對應(yīng)位置的線圈通過開關(guān)設(shè)備連接，且同一時刻一個驅(qū)動器只能與一個對應(yīng)線圈連通；4)利用位移傳感器，測量當前時刻動子的位置X；5)根據(jù)所述的動子位置X以及步驟1)所劃分區(qū)域，確定當前時刻工作狀態(tài)區(qū)域內(nèi)工作線圈的位置及過渡狀態(tài)區(qū)域內(nèi)過渡線圈的位置，并給工作線圈通上工作電流，給過渡線圈通上零電流；6)在動子從當前位置運動到下個位置過程中，斷開退出過渡狀態(tài)區(qū)域的線圈與所對應(yīng)驅(qū)動器的連接，連通進入過渡狀態(tài)區(qū)域的線圈與所對應(yīng)驅(qū)動器的連接，從過渡狀態(tài)區(qū)域進入工作狀態(tài)區(qū)域的線圈從零電流切換至工作電流，從工作狀態(tài)區(qū)域進入到過渡狀態(tài)區(qū)域的線圈電流切換至零；7)動子在不斷的運動過程中，依次重復(fù)步驟5)～6)，從而實現(xiàn)動鐵式直線電機線圈陣列功率驅(qū)動的分配。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動鐵式直線電機線圈陣列功率驅(qū)動分配方法，其特征在 于，所述的過渡狀態(tài)區(qū)域?qū)挾劝凑杖缦鹿接嬎阍O(shè)L為過渡狀態(tài)區(qū)域?qū)挾?，Vmax為所述動子運動的最大速度，T為定子線圈陣列通過開 關(guān)設(shè)備接通或斷開驅(qū)動器的最大轉(zhuǎn)換時間，則滿足L > VMX*T。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種動鐵式直線電機線圈陣列功率驅(qū)動分配方法，其特 征在于，所述的工作狀態(tài)區(qū)域大小的確定方法為在保證動子磁鋼陣列下方覆蓋線圈與磁 鋼陣列電磁作用不會產(chǎn)生邊緣效應(yīng)的前提下，工作狀態(tài)區(qū)域取覆蓋線圈外圍最大尺寸，過 渡狀態(tài)區(qū)域內(nèi)框與所述工作狀態(tài)區(qū)域大小一致，并在過渡狀態(tài)區(qū)域內(nèi)框沿運動方向兩側(cè)擴 展所述過渡狀態(tài)區(qū)域?qū)挾萀，形成過渡狀態(tài)區(qū)域外框，通過過渡狀態(tài)區(qū)域內(nèi)外框的限定確定 過渡狀態(tài)區(qū)域。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動鐵式直線電機線圈陣列功率驅(qū)動分配方法，其特征在 于，步驟1)中所述n的確定方法如下設(shè)S為定子線圈陣列沿運動方向的長度，a為過渡狀態(tài)區(qū)域外框沿運動方向的長度； 計算S除以a，結(jié)果若剛好為整數(shù)!v則n = rv即定子線圈陣列剛好分成n個劃分區(qū) 域，結(jié)果若不是整數(shù)值，則向上取整到m2，則n = m2+l，即定子線圈陣列分成n個劃分區(qū)域， 其中，前1112個劃分區(qū)域為完整劃分區(qū)域，最后一個劃分區(qū)域為不完整劃分區(qū)域。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動鐵式直線電機線圈陣列功率驅(qū)動分配方法，，其特征 在于，步驟1)中所述過渡狀態(tài)區(qū)域內(nèi)的過渡線圈數(shù)量由所述過渡狀態(tài)區(qū)域?qū)挾燃皢蝹€線圈尺寸大小確定，每個劃分區(qū)域的大小至少等于動子磁鋼陣列所覆蓋區(qū)域的大小。
全文摘要
一種動鐵式直線電機線圈陣列功率驅(qū)動分配方法，該方法是將動鐵式直線電機長方形定子線圈陣列分成n個劃分區(qū)域，每個劃分區(qū)域分為工作狀態(tài)區(qū)域和過渡狀態(tài)區(qū)域，根據(jù)每個劃分區(qū)域中的線圈數(shù)量，確定功率驅(qū)動器的總數(shù)量，組成驅(qū)動器陣列，將驅(qū)動器陣列通過開關(guān)設(shè)備與定子線圈陣列連接，并保證每個驅(qū)動器與每個劃分區(qū)域內(nèi)對應(yīng)位置的線圈通過開關(guān)設(shè)備連接。本發(fā)明根據(jù)動子磁鋼陣列所在位置，確定線圈陣列的作用范圍，利用過渡狀態(tài)區(qū)域的限定，控制線圈通斷及電流，實現(xiàn)動子的大行程直線運動。本發(fā)明可解決定子線圈數(shù)量多，引起的驅(qū)動器數(shù)量過多而帶來結(jié)構(gòu)復(fù)雜及驅(qū)動器設(shè)備總費用過于昂貴問題。
文檔編號H02K41/02GK101719712SQ20091024347
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者尹文生, 廖凱, 張利, 張鳴, 徐登峰, 朱煜, 楊開明, 段廣洪, 汪勁松, 胡金春 申請人:清華大學(xué)