一种动线圈式自驱动磁浮导轨装置及其控制方法，属于高端装备技术领域。四个导套支撑框架组合构成方形套，四个导套支撑框架的里侧面的中心处分别封装有E型组件，线圈绕组封装在位于上方的导套支撑框架的里侧面上，并位于E型组件的一侧；四个I型电磁铁分别封装在导轴支撑框架的上下左右四个侧面上，四个I型电磁铁与四个E型组件一一相对布置，永磁体封装在导轴支撑框架的上侧，永磁体与线圈绕组相对布置；双极电磁铁为E型，两个霍尔元件安装于双极电磁铁两级极面的中心处，感应线圈缠绕在双极电磁铁两级表面，初级线圈缠绕在双极电磁铁两级的感应线圈表面，电涡流传感器安装于双极电磁铁的中间齿的中心处。本发明专利技术用于超精密系统中。中。中。
【技术实现步骤摘要】
一种动线圈式自驱动磁浮导轨装置及其控制方法
[0001]本专利技术属于高端装备
，具体涉及一种动线圈式自驱动磁浮导轨装置及其控制方法。
技术介绍
[0002]相比较于传统的接触式导轨，气浮导轨是采用空气作为支撑的一种形式，工作过程中具有无接触磨损、无机械摩擦的优点，能够实现更高精度的定位运动，因此，直线电机+气浮导轨驱动形式目前被广泛应用于超精密运动系统中。但是，随着下一代高端装备朝高速化、精密化和模块化方向发展，而且需要具备真空工作环境，进一步，对直线导轨的高刚度、直线度以及多工作场景提出更高要求。而气浮导轨存在气隙调节滞后、面对外界干扰响应速度慢，难以保证导轨的高刚度与直线度，对机械加工精度要求高，且不能用于真空作业环境，因此，直线电机+气浮导轨的驱动形式已经不能满足需求。
[0003]磁悬浮导轨是通过控制电磁力的大小来实现物体稳定悬浮，它具有响应速度快、无摩擦、高刚度、功耗低、成本低以及洁净度高的优点。与传统的机械式直线导轨相比，磁悬浮导轨无机械接触，避免由于摩擦产生的磨损，提高寿命，降低维护成本；与气浮导轨相比，具有响应速度快，控制精度高、面对干扰，可主动进行间隙调节，具有刚度大、直线度好，且对高刚度具有良好的鲁棒性，能够适用于真空工作环境、高洁净度环境等场合的优点。因此高性能、高刚度的磁悬浮导轨以期优越性逐渐被应用于高端装备领域。
[0004]公开号为CN110524500A、公开日为2019年12月03日、名称为“磁浮导轨运动平台”的专利技术专利申请，对运动平台的机械结构以及安装方式进行了阐述，通过引入重力补偿装置对其他自由度的导轨进行悬浮支撑，实现运动平台的多自由度调整。磁悬浮导轨是精密运动台的核心组成部件，属于超精密传统部件，相比于磁浮运动平台，其应用场合更加多元化。
[0005]公开号为CN113059365A、公开日为2021年07月02日、名称为“一种侧挂式机床磁悬浮导轨”的专利技术专利申请，主要描述磁悬浮导轨在侧挂式机床上的机械结构和安装方式，保证机床运行精度的同时，解决了传统磁悬浮导轨纵向安装强度较差的问题。该专利技术专利申请中提及的磁悬浮导轨利用电磁铁之间的吸和力作为导轨的动力源，起驱动和导向作用，属于磁悬浮技术原理在特殊场景应用，不适合作为一种传动机构产品应用于高端装备
[0006]公开号为CN111571242A、公开日为2020年08月25日、名称为“主动磁悬浮导轨平台及控制方法”的专利技术专利申请，借助磁悬浮技术，对导轨平台机械结构进行设计，实现磁浮导向和磁浮承载的目的。但依然存在以下不足：只在支撑方向布置传感器，滑箱两侧的悬浮间隙不可控，导轨的刚度和直线度无法得到保证；有限空间内承载电磁铁的支架强度难以保证，存在寿命短的问题。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的在于提供一种动线圈式自驱动磁浮导轨装置及其控制方法，以解决现有高性能导轨不能自驱动、不能在真空环境作业、工作场合单一以及高刚度和直线度难以控制的问题。
[0008]本专利技术的动线圈式自驱动磁浮导轨装置为一种基于磁浮技术的超精密传动机构，在可以实现导轨自驱动的基础上，主动调节导轨间隙，在保证导轨具有高刚度和良好的直线度的同时，可以实现多自由度的微位移调节，能够满足目前超精密运动平台在结构、多工作场合以及运动性能等方面对直线导轨的需求。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0010]一种动线圈式自驱动磁浮导轨装置，包括导套和导轴，所述导套套设在导轴上；所述导套包括线圈绕组、四个导套支撑框架及四个E形组件；所述导轴包括导轴支撑框架、永磁体及四个I型电磁铁；每个所述E形组件均包括双极电磁铁、初级线圈、感应线圈、电涡流传感器及两个霍尔元件；
[0011]所述四个导套支撑框架组合构成方形套，四个导套支撑框架的里侧面的中心处分别封装有E型组件，四个E型组件均沿导轴的长度方向设置，所述线圈绕组封装在位于上方的导套支撑框架的里侧面上，并位于E型组件的一侧；
[0012]所述导轴支撑框架为长方体形状，所述四个I型电磁铁分别封装在导轴支撑框架的上下左右四个侧面上，四个I型电磁铁与四个E型组件一一相对布置，所述永磁体封装在导轴支撑框架的上侧，并位于I型电磁铁的一侧，永磁体与线圈绕组相对布置；
[0013]所述双极电磁铁为E型，所述两个霍尔元件安装于双极电磁铁两级极面的中心处，所述感应线圈缠绕在双极电磁铁两级表面，所述初级线圈缠绕在双极电磁铁两级的感应线圈表面，并与感应线圈同心，所述电涡流传感器安装于双极电磁铁的中间齿的中心处。
[0014]一种利用动线圈式自驱动磁浮导轨装置实现动线圈式自驱动磁浮导轨的控制方法，所述控制方法如下：
[0015]通过调节封装在导套的上下两个导套支撑框架里侧面上的E型组件的两级初级线圈的电流大小，并使得电流大小不同，能够实现导套Z自由度的调节；
[0016]通过调节封装在导套的左右两个导套支撑框架里侧面上的E型组件的两级初级线圈的电流大小，并使得电流大小不同，能够实现导套Y自由度的调节；
[0017]通过调节封装在导套的上下两个导套支撑框架里侧面上的E型组件上的双极电磁铁的两级初级线圈的电流大小，能够实现导套Ry自由度的调节；具体为：要求位于上方的两级初级线圈的电流大小不同，位于下方的两级初级线圈的电流大小不同，且位于上方的两级初级线圈的大电流级的大电流数值与位于下方的两级初级线圈的大电流级的大电流数值相同，位于上方的两级初级线圈的小电流级的小电流数值与位于下方的两级初级线圈的小电流级的小电流数值相同，位于上方的两级初级线圈的大电流级与位于下方的两级初级线圈的小电流级正对设置，位于上方的两级初级线圈的小电流级与位于下方的两级初级线圈的大电流级正对设置；
[0018]通过调节封装在导套的左右两个导套支撑框架里侧面上的E型组件上的双极电磁铁的两级初级线圈的电流大小，能够实现导套Rz自由度的调节；具体为：
[0019]要求位于左侧的两级初级线圈的电流大小不同，位于右侧的两级初级线圈的电流
大小不同，且位于左侧的两级初级线圈的大电流级的大电流数值与位于右侧的两级初级线圈的大电流级的大电流数值相同，位于左侧的两级初级线圈的小电流级的小电流数值与位于右侧的两级初级线圈的小电流级的小电流数值相同，位于左侧的两级初级线圈的大电流级与位于右侧的两级初级线圈的小电流级正对设置，位于左侧的两级初级线圈的小电流级与位于右侧的两级初级线圈的大电流级正对设置。
[0020]本专利技术相对于现有技术的有益效果是：
[0021]本专利技术的一种动线圈式自驱动磁浮导轨装置，可以实现自驱动，结构简单紧凑，导轴的Y自由度、Z自由度、Ry自由度和Rz自由度可实现主动调节，对于高刚度具有良好的鲁棒性，不仅保证导轨的大刚度以及在X自由度上的直线度，而且在可变化行程内可以带动导套在多个自由度上进行微调整，因此可以用于多种场合。本专利技术的一种动线圈式自驱动磁浮导轨的控制方法，利用感应线圈和霍尔元件组合的方式对信号进行采集(本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种动线圈式自驱动磁浮导轨装置，包括导套(1)和导轴(2)，所述导套(1)套设在导轴(2)上；其特征在于：所述导套(1)包括线圈绕组(1
‑
6)、四个导套支撑框架及四个E形组件(1
‑
5)；所述导轴(2)包括导轴支撑框架(2
‑
1)、永磁体(2
‑
3)及四个I型电磁铁(2
‑
2)；每个所述E形组件(1
‑
5)均包括双极电磁铁(1
‑5‑
4)、初级线圈(1
‑5‑
1)、感应线圈(1
‑5‑
2)、电涡流传感器(1
‑5‑
5)及两个霍尔元件(1
‑5‑
3)；所述四个导套支撑框架组合构成方形套，四个导套支撑框架的里侧面的中心处分别封装有E型组件，四个E型组件均沿导轴(2)的长度方向设置，所述线圈绕组(1
‑
6)封装在位于上方的导套支撑框架的里侧面上，并位于E型组件的一侧；所述导轴支撑框架(2
‑
1)为长方体形状，所述四个I型电磁铁(2
‑
2)分别封装在导轴支撑框架(2
‑
1)的上下左右四个侧面上，四个I型电磁铁(2
‑
2)与四个E型组件(1
‑
5)一一相对布置，所述永磁体(2
‑
3)封装在导轴支撑框架(2
‑
1)的上侧，并位于I型电磁铁(2
‑
2)的一侧，永磁体(2
‑
3)与线圈绕组(1
‑
6)相对布置；所述双极电磁铁(1
‑5‑
4)为E型，所述两个霍尔元件(1
‑5‑
3)安装于双极电磁铁(1
‑5‑
4)两级极面的中心处，所述感应线圈(1
‑5‑
2)缠绕在双极电磁铁(1
‑5‑
4)两级表面，所述初级线圈(1
‑5‑
1)缠绕在双极电磁铁(1
‑5‑
4)两级的感应线圈(1
‑5‑
2)表面，并与感应线圈(1
‑5‑
2)同心，所述电涡流传感器(1
‑5‑
5)安装于双极电磁铁(1
‑5‑
4)的中间齿的中心处。2.根据权利要求1所述的一种动线圈式自驱动磁浮导轨装置，其特征在于：所述四个导套支撑框架包括第一导套支撑框架(1
‑
1)、第二导套支撑框架(1
‑
2)、第三导套支撑框架(1
‑
3)和第四导套支撑框架(1
‑
4)，所述第一导套支撑框架(1
‑
1)和第三导套支撑框架(1
‑
3)上下相对布置，所述第二导套支撑框架(1
‑
2)和第四导套支撑框架(1
‑
4)左右相对布置，所述线圈绕组(1
‑
6)封装在第一导套支撑框架(1
‑
1)的里侧面上。3.一种利用权利要求1或2所述的动线圈式自驱动磁浮导轨装置实现动线圈式自驱动磁浮导轨的控制方法，其特征在于：所述控制方法如下：通过调节封装在导套(1)的上下两个导套支撑框架里侧面上的E型组件(1
【专利技术属性】
技术研发人员：刘杨，缪骞，宋法质，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
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