一种永磁直线同步电机磁极检测系统技术方案

本实用新型专利技术创造涉及一种永磁直线同步电机磁极检测系统，包括至少一个安装在固定的直线电机初级绕组之间并用于检测运动的直线电机次级永磁体磁场信号的检测单元，以及与检测单元连接的信号处理单元；检测单元上包括若干个霍尔传感器，每个霍尔传感器在直线电机次级永磁体经过时都会产生一连串开关信号，信号处理单元将这些开关信号进行处理后生成三个信号(ABP)，该ABP信号是一个类似增量式编码器信号，通过分析连续的ABP信号，可以实现直线电机次级永磁体的运动方向、运动速度以及磁极极性信息的确定，该设计巧妙，信号质量高，系统性能稳定。

A Pole Detection System for Permanent Magnet Linear Synchronous Motor

【技术实现步骤摘要】
一种永磁直线同步电机磁极检测系统
本专利技术创造涉及直线电机
，特别是一种永磁直线同步电机磁极检测系统。
技术介绍
永磁直线同步电机由初级(线圈绕组)和次级(永磁体)构成。根据结构分为长初级、短次级和短初级、长次级两种形式。初级的三相绕组上加以三相交流电时，便在气隙中产生行波磁场，行波磁场与次级的永磁体相互作用，产生电磁推力。如果固定初级，那么次级将沿着行波运行的方向做直线运动；反之，如果固定次级，则初级将在该电磁推力作用下沿行波磁场运行相反方向运动。长初级、短次级式电机一般采用动磁的安装方式：初级绕组沿运行方向固定布置，永磁体固定在运动机构上。该方式主要优点是结构简单：方便了接线及安装，运动方式也简单；缺点是由于绕组长，导致电机效率低。这种电机主要用于短距离高速运动要求场合。短初级、长次级式电机一般采用动圈(绕组)的安装方式：永磁体沿运行方向固定布置，绕组固定在运动机构上。这种方式的主要优点是电机效率高，运行灵活；缺点是，由于绕组是运动的，需要解决带线(电)运行问题，且对设备的环境要求较高(磁场影响)。这种电机主要应用在垂直提升系统、生产传送线和高精密机床等领域。但是，在一些设备场合下，由于不允许大量磁轨铺设，或者不允许移动体带电，或移动体取电不方便等应用、结构限制时，同时，又要提高能效，综合上述长初级、短次级和短初级、长次级结构两种结构进行了优化：分段式长初级、短次级结构。所谓分段式长初级、短次级结构结合了上述两种结构方式的优点：采用多段绕组沿运行轨迹布置，次级永磁体安装在运动部件上。这种安装方式结构简单，运动部件不带电，大大增加设备的安全性。每一段绕组和次级永磁体都能独立构成短初级长次级结构，电机效率高。次级永磁体的磁极位置检测是同步电机控制的基础，只有有效辨识对电机次级磁极的位置信息，才能进行电机绕组电源控制，进而控制电机次级的运行方向和速度。传统的直线电机磁极检测主要采用电机内置霍尔传感器方式：在绕组内置霍尔传感器，输出UVW相及AB方向信号，控制驱动器通过该信号进行电机方向与速度控制。这种方式在小功率电机上或者短初级长次级直线电机的应用上比较广泛，但对于一些发热相对较大的大功率直线电机而言，由于温度对传感器的影响，内置式检测方式不可行。也有些采用外置拉线编码器或者二维码传感器等进行位置测量的，但均有带线运行或受检测空间限制等问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术创造提供一种永磁直线同步电机磁极检测系统，采用外置式检测方式，不受电机发热影响，无带线运行，不受空间、距离限制，设计巧妙，系统性能稳定。为实现上述目的，本专利技术创造提供如下技术方案：一种永磁直线同步电机磁极检测系统，包括至少一个安装在固定的直线电机初级绕组之间并用于检测运动的直线电机次级永磁体磁场信号的检测单元，以及与检测单元连接的信号处理单元；所述检测单元包括若干个沿所述直线电机次级永磁体移动方向均匀排布的霍尔传感器，每个所述霍尔传感器在所述直线电机次级永磁体经过时都会产生一连串开关信号，所述信号处理单元将这些开关信号处理后生成三个能够用于分析直线电机次级永磁体的运行方向、运行速度和磁极的信号ABP。作为优选实施方式，进一步限定为：所述检测单元包括至少四个霍尔传感器，所述霍尔传感器沿所述直线电机次级永磁体的移动方向均匀布置在安装底板上。作为优选实施方式，进一步限定为：所述直线电机次级永磁体包括多组均匀排布的永磁极对，所述霍尔传感器在所述检测单元的安装宽度D1与永磁极对的极距D2之间应满足以下关系：D1≤D2。作为优选实施方式，进一步限定为：所述同一所述检测单元上的霍尔传感器为相同的单极性开关霍尔传感器。作为优选实施方式，进一步限定为：所述一个所述检测单元电连接一个所述信号处理单元。作为优选实施方式，进一步限定为：所述信号处理单元包括ABP信号生成芯片、信号处理芯片、电源回路电路、隔离电路、输入端口、输出端口和信号端口；所述ABP信号生成芯片的输入端与所述隔离电路的输出端电连接，所述隔离电路的输入端通过输入端口与所述检测单元的检测端口电连接，所述输入端口和ABP信号生成芯片的输出端分别与所述信号处理芯片的输入端电连接，所述信号处理芯片的输出端与所述输出端口电连接；所述电源回路电路一端与ABP信号生成芯片电连接，另一端与输出端口电连接。作为优选实施方式，进一步限定为：所述检测单元为多个时，每个所述检测单元对应一个所述信号处理单元，每个信号处理单元的输出端口与下一个信号处理单元的输入端口电连接，最后一个信号处理单元的输出端口与上位机或驱动器电连接。作为优选实施方式，进一步限定为：所述检测单元为多个时，相邻两个检测单元之间的安装间距D3与所述直线电机次级永磁体的长度D4之间应满足以下关系：D3＜D4。本专利技术创造的有益效果是：本专利技术创造在直线电机初级绕组之间设置有用于检测直线电机次级永磁体磁场信号的检测单元，并通过与检测单元电连的信号处理单元生成ABP信号。该ABP信号是一个类似增量式编码器信号，通过分析连续的ABP信号，可以实现直线电机次级永磁体的运动方向、运动速度以及磁极极性信息的确定。该设计巧妙，信号质量高，系统性能稳定。另外，采用外置式的检测单元不受直线电机初级绕组的结构限制，也不受电机发热影响，信号质量高。【附图说明】图1是本专利技术创造的结构示意图；图2是图1中A处放大示意图；图3是检测单元采用四个霍尔传感器的结构示意图；图4是信号处理单元的电路原理图；图5是图4中隔离电路的电路原理图；图6是图4中电源回路电路的电路原理图；图7是以四个霍尔传感器为检测单元时，ABP信号生成芯片的输入信号和输出信号的波形图。【具体实施方式】以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明：如附图1至附图3所示，一种永磁直线同步电机磁极检测系统，适用于分段式长初级、短次级结构的永磁直线同步电机，包括至少一个安装在固定的直线电机初级绕组4之间并用于检测运动的直线电机次级永磁体5磁场信号的检测单元1，以及与检测单元1连接的信号处理单元2；所述检测单元1包括若干个沿所述直线电机次级永磁体5移动方向均匀排布的霍尔传感器12，每个所述霍尔传感器12在所述直线电机次级永磁体5经过时都会产生一连串开关信号，所述信号处理单元2将这些开关信号处理后生成三个能够用于分析直线电机次级永磁体5的运行方向、运行速度和磁极的信号ABP，ABP信号具有与增量式编码器信号类似功能。通过分析连续的ABP信号，可以实现直线电机次级永磁体的运动方向、运动速度以及磁极极性信息的确定，该设计巧妙，信号质量高，系统性能稳定。在本实施例中，检测单元1个数不受限制，每一个检测单元1连接一个信号处理单元2，通过把所有信号处理单元2依次电连接，够成完整的检测系统，检测系统产生的ABP信号可反馈回上位机或驱动器3。所述检测单元1包括至少四个霍尔传感器12，所述霍尔传感器12沿所述直线电机次级永磁体5的移动方向均匀布置在安装底板11上。当直线电机次级永磁体5经过时，每个传感器12均可以单独产生连续方波信号，并通过检测端口13与信号处理单元2连接。在本实施例中，所述直线电机次级永磁体5包括多组均匀排布的永磁极对6，所述霍尔传感器12在所述检测单元1的安装宽度D1与永磁极对6的极距本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁直线同步电机磁极检测系统，其特征在于它包括至少一个安装在固定的直线电机初级绕组(4)之间并用于检测运动的直线电机次级永磁体(5)磁场信号的检测单元(1)，以及与检测单元(1)连接的信号处理单元(2)；所述检测单元(1)包括若干个沿所述直线电机次级永磁体(5)移动方向均匀排布的霍尔传感器(12)，每个所述霍尔传感器(12)在所述直线电机次级永磁体(5)经过时都会产生一连串开关信号，所述信号处理单元(2)将这些开关信号处理后生成三个能够用于分析直线电机次级永磁体(5)的运行方向、运行速度和磁极的信号(ABP)。

【技术特征摘要】
1.一种永磁直线同步电机磁极检测系统，其特征在于它包括至少一个安装在固定的直线电机初级绕组(4)之间并用于检测运动的直线电机次级永磁体(5)磁场信号的检测单元(1)，以及与检测单元(1)连接的信号处理单元(2)；所述检测单元(1)包括若干个沿所述直线电机次级永磁体(5)移动方向均匀排布的霍尔传感器(12)，每个所述霍尔传感器(12)在所述直线电机次级永磁体(5)经过时都会产生一连串开关信号，所述信号处理单元(2)将这些开关信号处理后生成三个能够用于分析直线电机次级永磁体(5)的运行方向、运行速度和磁极的信号(ABP)。2.根据权利要求1所述的永磁直线同步电机磁极检测系统，其特征在于所述检测单元(1)包括至少四个霍尔传感器(12)，所述霍尔传感器(12)沿所述直线电机次级永磁体(5)的移动方向均匀布置在安装底板(11)上。3.根据权利要求1所述的永磁直线同步电机磁极检测系统，其特征在于所述直线电机次级永磁体(5)包括多组均匀排布的永磁极对(6)，所述霍尔传感器(12)在所述检测单元(1)的安装宽度D1与永磁极对(6)的极距D2之间应满足以下关系：D1≤D2。4.根据权利要求1所述的永磁直线同步电机磁极检测系统，其特征在于所述同一所述检测单元(1)上的霍尔传感器(12)为相同的单极性开关霍尔传感器(12)。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶雷，朱阁，陈朝阳，王跃勇，黄品伦，
申请(专利权)人：中山市金马科技娱乐设备股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44