一种触发式无刷直流直线电动机的构成及驱动方法技术

一种触发式无刷直流直线电动机的构成及驱动方法，包括：在预设的铁芯上绕制初级线圈、将多个初级线圈排成列，组成电动机的初级绕组，将初级绕组横向划分为相；一个由永磁体和导磁板组成的永磁次级；一条平行于次级并随次级运动的双极触发磁条；电动机的驱动电路由多个以相为单位的控制单元组成，各控制单元由传感器、H桥、相绕组组成；各控制单元的电流方向传感器、有效工作区传感器在双极触发磁条的触发下接通相电流并控制相电流的方向，使流经初级线圈的电流激发出驱动永磁次级作直线运动的有效工作区；有效工作区传感器在脱离触发后关断有效工作区外各相电流；与现有技术相比较，本发明专利技术具有调速，往复运动控制方便，驱动电路简单等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种触发式无刷直流直线电动机的构成及驱动方法
本专利技术涉及一种电动机，特别涉及直线电动机，尤其是机电一体化的无刷直流直线电动机。
技术介绍
在现有技术中，直线电动机多数为交流异步直线电动机，也有用直流电供电、采用三相逆变电路驱动的直线电动机，但这种用三相方波工作的直线电动机应不属直流直线电动机范畴。目前，用于工业用途的直流直线电动机都带电刷，由于电刷的固有缺点限制了它的应用和发展。因此，在实际应用中直流直线电动机并不常见，特别在数控伺服系统中，更是少之又少。那么，到底有没有用直流电运行、又不需电刷的无刷直流直线电动机？在现有技术中，尚无此类信息披露。
技术实现思路
为了解决现有技术中有刷直流直线电动机必须带电刷运行的问题。本专利技术提出一种触发式无刷直流直线电动机的构成和驱动方法。本专利技术在实现直流电直线动机无刷运行的同时，也克服了有刷直流直线电动机的调速、往复运动控制困难的缺点。本专利技术的触发式无刷直流直线电动机不但可以广泛应用于数控伺服系统中，还可应用于一些特定的物体弹射系统中。为实现直流直线电动机的无刷驱动，本专利技术用带铁芯的线圈排列后组成直流直线电动机初级，即相当于普通直流电动机的定子绕组；采用永磁体作直流直线电动机次级，即相当于普通直流电动机的永磁转子。在本说明书的以下论述中，是根椐电动机的驱动电路优选的主要元器件的逻揖真值关系而作具体阐述。本专利技术是通过采用以下的技术方案来实现的：实施一种触发式永磁无刷直流电动机的构成及驱动方法，所述的构成和驱动方法包括如下步骤：A、首先是设置直流直线电动机的初级：在预设的铁芯上绕制线圈组成初级线圈，然后将多个绕向相同的初级线圈固定在基座上排成单列或多列组成直流直线电动机的初级绕组；B、接下来设置直线电动机的次级：在导磁板上固定N极永磁体和S极永磁体组成直流直线电动机的永磁次级；C、接下设置一条双极触发磁条：双极触发磁条由一段条状N极永磁体和一段条状S极永磁体拼接而成；D、接下来设置一印刷电路板：印刷电路板被用来容纳电动机的驱动电路。步骤A所述在预设的铁芯上绕制线圈组成初级线圈，然后将多个初级线圈固定在基座上排成单列或多列组成直线电动机的初级绕组，所述的预设铁芯有U字形或工字型二种，U字型铁芯适配内置永磁次级，工字型铁芯适配外置型永磁次级。所述的将多个绕向相同的初级线圈被固定在基座上排成单列或多列组成直线电动机的初级绕组，列的纵向长度决定直线电动机的有效行程；将初级绕组分为相绕组，当初级线圈为纵向单列设置时，每个初级线圈为一个相绕组；当初级线圈为纵向多列设置时，将各列横向同一行的多个绕向相同的初级线圈串连或并连后为一个相绕组；为便于识别各相绕组所处位置，将相绕组按顺序编号：起始的第一相编号为L1、第二相编号为L2，其余各相的编号按顺序如此类推；相绕组的两个输入端也按相序偏号：L1的线头偏号为IN1a，线尾偏号为IN1b、L2的线头偏号为IN2a，线尾偏号为IN2b，其余各相的输入端的编号如此类推。在所述的基座上安装有直线轴承，直线轴承上的滑块用来安装永磁次级；直线轴承同时有定位和承重功能。步骤B所述的在导磁板上固定一块N极永磁体和一块S极永磁体组成直线电动机的永磁次级，当初级线圈的铁芯为U字型时，所配的导磁板为I字型，将一块N极永磁体和一块S极永磁体分别固定在I字型导磁板的两侧，组成内置式永磁次级的两个极；当初级线圈铁芯为工字型时，所配的导磁板为门字型，将一块N极永磁体和一块S极永磁体分别固定在门字型导磁板的两个竖臂内则，组成外置式永磁次级的两个极。永磁次级被固定在一个作为动力输出的门字型框架上，动力输出框架被安装在基座上的直线轴承的滑块上；所述的动力输出框架上预设有安装双极触发磁条的位置。步骤C所述的双极触发磁条由一段条状N极永磁体和一段条状S极永磁体拼接而成；所述的N极永磁体和S极永磁体长度相等，拼接后的总长要比永磁次级的永磁体长一个或两个初级线圈的位置，双极触发磁条的总长决定初级绕组的有效工作区的范围。双极触发磁条被固定在永磁次级的动力输出框架上随永磁次级一起前后移动；双极触发磁条被固定后平行于与永磁次级的磁极。步骤D所述的印刷电路板被用来容纳电动机的驱动电路，并将相绕组的两个输入端接入到印刷电路板的相应接口上，与所属的H桥开关电路的两个输出端连接。电动机的驱动电路由多个以相为单位的控制单元组成，各控制单元由电流方向传感器、工作区识别传感器、H桥开关电路、相绕组组成。印刷电路板被固定在基座上，安装在印刷电路板上的电流方向传感器、工作区识别传感器要与动力输出框架上的双极触发磁条近距离耦合；以保证两种传感器被可靠触发；所述的电流方向传感器、工作区识别传感器跟随各相的初级线圈分布，并与各初级线圈处在同一中心轴线上。所述的控制单元还包括往复运动控制电路、调速信号隔离电路、电源接入、电源滤波、控制信号接入等；外接的正反转控制、脉冲调宽(PWM)调速信号源供驱动电路的全部控制单元共用；电机工作时，多只电流方向传感器和工作区识别传感器同时被双极触发磁条的两个极触发，电流方向传感器被触发后输出电流方向控制信号、工作区识别传感器被触发后输出有效工作区识别信号，控制所属的控制单元独立地接通各相电流并控制相电流的方向，建立起驱动永磁次级作直线运动的有效工作区。在有效工作区内，工作区识别传感器被触发后输出开关打开，将所属的控制单元中的H桥开关电路的Drake端口电压拉为L，使H桥开关电路工作正常；被双极触发磁条N极触发的电流方向传感器输出的控制信号为L，控制所属控制单元接通次级线圈的反向电流；被双极触发磁条S极触发的电流方向传感器输出的控制信号为H，控制所属控制单元接通次级线圈的正向电流；反向电流在次级线圈的两个极靴上激发出与永磁次级的两个极相反的磁极，对永磁次级形成异极相吸；正向电流在次级线圈的两个极靴上激发出与永磁次级的两个极相同的磁极，对永磁次级形成同极相斥，合力驱动永磁次级沿直线运动，实现直流直线电动机无刷运行。随着永磁次级的向前运动，在永磁次级运动方向的后面，工作区识别传感器就会依次脱离双极触发磁条的触发输出识别信号为H，使所属的控制单元中的H桥开关电路的Drake端口翻转为H，导致H桥开关电路的两个输出端电位相同无负载电流输出，依次关断有效工作区外各相绕组的电流。当选用的H桥开关电路的带Enable端口时，也可利用H桥开关电路的Enable端口作为无效关断控制端口，当利用Enable端口作为无效关断控制时，工作区识别传感器要选用常开型全极霍尔开关。所述的有效工作区识别电路，是针对选用现有双极锁存霍尔开关作为H桥开关电路的电流方向传感器而设。因为双极锁存霍尔开关被双极触发磁条触发后其输出状态会被锁定，使有效工作区外的控制单元接通的相电流也被锁定，造成有效工作区外所有相绕组都有空载电流流过。所以在驱动电路中特设有效工作区识别电路，用以接通有效工作区内的相电流、关断有效工作区外所有相电流。根据上述方法制造一种触发式无刷直流直线电动机，所述电动机包括：在预设的铁芯上绕制线圈成初级线圈，由多个绕向相同的初级线圈排列后成纵向的直列初级绕组；初级绕组有单列或多列两种，由列的横向每一行的初级线圈组成一个相绕组；一块N极永磁体、一块S极永磁体被固定在导磁板上组成永磁次级；永磁次级被固本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种触发式无刷直流直线电动机的构成及驱动方法，其特征在于，所述方法步骤包括： A、首先是设置直线电动机的初级： 在预设的铁芯（1t）上绕制线圈（1c）组成初级线圈(1)，然后将多个绕向相同的初级线圈(1)固定在基座（2）上排成单列或多列，组成直线电动机的初级绕组； B、接下来设置直线电动机的次级(3)：在导磁板（3t）上固定一块N极永磁体(3n)和一块S极永磁体(3s)组成直线电动机的永磁次级(3)；C、接下设置一双极触发磁条(5)：双极触发磁条(5)由一段条状N极永磁体(5n)和一段条状S极永磁体(5s)拼接而成；D、接下来设置一印刷电路板(10)：印刷电路板(10)被用来容纳电动机的驱动电路。

【技术特征摘要】
1.一种触发式无刷直流直线电动机的驱动方法，其特征在于，所述方法步骤包括：A、首先是设置直线电动机的初级：在预设的铁芯（1t）上绕制线圈（1c）组成初级线圈(1)，然后将多个绕向相同的初级线圈(1)固定在基座（2）上排成单列或多列，组成直线电动机的初级绕组；B、接下来设置直线电动机的次级(3)：在导磁板（3t）上固定一块N极永磁体(3n)和一块S极永磁体(3s)组成直线电动机的永磁次级(3)；C、接下设置一双极触发磁条(5)：双极触发磁条(5)由一段条状N极永磁体(5n)和一段条状S极永磁体(5s)拼接而成；D、接下来设置一印刷电路板(10)：印刷电路板(10)被用来容纳电动机的驱动电路；步骤A所述在预设的铁芯（1t）上绕制线圈（1c）组成初级线圈(1)，然后将多个绕向相同的初级线圈(1)固定在基座(2)上排成单列或多列组成直线电动机的初级绕组，所述的在预设的铁芯（1t）有U字形或工字型二种；将初级绕组分为相绕组(L)：当初级绕组为单列时，每个初级线圈就是一个相绕组(L)；当初级绕组为多列时，将各列横向同一行的初级线圈(1)串连或并连后组合成一个相绕组(L)；在所述的基座（2）上安装直线轴承(9)，直线轴承(9)上的滑块用来安装永磁次级(3)；步骤B所述的在导磁板（3t）上固定一块N极永磁体(3n)和一块S极永磁体(3s)组成直线电动机的永磁次级(3)，N极永磁体(3n)和S极永磁体(3s)是永磁次级的两个极；导磁板(3t)有I型或门字型两种，以适配不同的初级线圈铁芯；每列初级绕组配置一个永磁次级(3)，永磁次级(3)被固定在一个作为动力输出的框架(4)上，动力输出框架(4)被安装在基座(2)上的直线轴承(9)的滑块上；动力输出框架(4)上设置双极触发磁条(5)；步骤C所述双极触发磁条(5)由一段条状N极永磁体(5n)和一段条状S极永磁体(5s)拼接而成，条状N极永磁体(5n)和条状S极永磁体(5s)长度相等，拼接后的总长比永磁次级(3)的N极永磁体(3n)、S极永磁体(3s)长一个或二个初级线圈的位置；双极触发磁条(5)被固定在动力输出框架(4)上随永磁次级(3)一起前后移动；双极触发磁条(5)与永磁次级(3)的N极永磁体(3n)、S极永磁体(3s)平行设置；步骤D所述的印刷电路板(10)被用来容纳电动机的驱动电路，并将各个相绕组的两个输入端接入刷电路板(10)的相应接口与所属的H桥开关电路的两个输出端连接；电动机的驱动电路由多个以相为...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱福善，
申请(专利权)人：朱福善，
类型：发明
国别省市：广东;44