大行程永磁体电磁驱动装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大行程永磁体电磁驱动装置及其控制方法，所述的装置是由动磁铁、输出件、基体及线圈组成。当增加线圈和（或）动磁铁个数，并采用适当的控制方法时可以增大动磁铁的行程和提供更大的电磁力。只要线圈数量足够多，就能提供任意大的行程或更大的电磁力。控制方法是根据具体的大行程电磁驱动装置，在适当的时间切换各个线圈通电或断电及通电的方向，实现大行程的运动控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电学领域中的电磁驱动装置及控制方法，特别涉及一种大行程永磁体 电磁驱动装置及其控制方法。
技术介绍
本专利技术人在2009年11月26日申请的申请号为200910234647. X的专利技术公开了一 种永磁体电磁驱动装置，这种电磁驱动装置抛弃了传统上的基于闭合磁路的采用动铁和静 铁结构，而采用开放的磁路系统，无需导磁材料构成闭合磁路，不存在磁路间隙问题，从而 能产生较大的行程，并在大行程范围内提供比较均衡的电磁力。原专利技术的永磁体电磁驱动装置所采用的线圈个数和动磁铁个数较少，适合于对行 程要求不太高的场合。当增加线圈和(或)动磁铁个数，并采用适当的控制方法时可以进一 步增大动磁铁的行程和提供更大的电磁力。当在线圈外面增加铁磁性材料构成的外套时， 也能增加电磁力。由此本专利技术人在原专利技术的基础上研制出能提供任意行程的或更大电磁力 的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术中电磁驱动装置行程小，电磁力变化 大等不足之处，提供一种结构简单、低功率驱动的全新结构的电磁驱动装置。本装置及其控 制方法可应用到各种需要大行程电磁驱动的设备中。本专利技术是通过以下技术方案实现的所述大行程永磁体电磁驱动装置也是由动磁 铁、输出件、基体及线圈组成。与专利200910234647. X不同的是本专利技术可采用任意多个线 圈和多个动磁铁，即所述线圈为N个，N大于或等于1 ；所述动磁铁为M个，M大于或等于 1 ；每个线圈都与基体内部的圆柱形空腔同轴，沿轴线方向各线圈间隔适当距离；每个线圈 既可以单独通电使用，也可以与其他线圈适当组合连接通电使用；沿轴线方向各动磁铁间 隔适当距离被固定在输出件轴线上；M个沿轴线方向充磁的动磁铁和输出件一起构成可在 空腔中沿轴线方向运动的部件。针对每一种不同线圈个数和动磁铁个数的驱动装置，采用 不同的控制方法，可以获得不同的行程和提供尽量大或均衡的电磁力(实际上是指总电磁 力，即各线圈对每个动磁铁产生的电磁力的合力)。动磁铁、输出件、基体、电磁力、磁场力以及其他一些概念与专利200910234647. X 规定相同。例如动磁铁的形状为圆柱体，包括一切接近圆柱体的形状，包括不是圆柱体而 在实际应用中能够令人满意的起到圆柱体所起作用的任意形状，也包括两端变形、中间开 孔等稍变形的圆柱体，也包括由多个沿轴向充磁的圆片状或圆环状永磁铁叠合而成的圆柱 体。又例如所述的基体，是指能为动磁铁提供运动空间即圆柱形的空腔，同时外面能放置或 缠绕线圈的主体部分。电磁力是指通电线圈对动磁铁产生的作用力。在控制方法中需要确定动磁铁的位置，根据动磁铁和线圈之间的相对位置变化改 变线圈的通电状态，获取动磁铁位置的方法主要有两种一种方法是根据试验确定，即对于固定负载和给定结构的线圈和固定的工作电流情况下，通过反复试验测量动磁铁从一个 位置运动到另一个位置所需时间，从一个线圈几何中心运动到另一个线圈几何中心所需时 间，以这些时间为参考，采用固定时间法，到了所需时间就认为动磁铁到达了某个位置；这 种方法的优点是结构简单，控制方便；其缺点是控制可靠性差，负载变化时控制不准确。另 一种方法是在永磁体电磁驱动装置上加装检测动磁铁位置的部件或传感器或电路。可采用 干簧管、开关霍尔元件、线性霍尔元件、光电管、线圈、微动位置开关、编码盘等任何元件任 何方法配合适当电路确定动磁铁的位置。在大行程永磁体电磁驱动装置上安装1个或多个 动磁铁位置检测部件，可使运动控制准确。为了减弱外界磁场对动磁铁的干扰，同时也增加电磁力，可以在永磁体电磁驱动 装置的外面套一个由导磁材料，即铁磁性材料制成的外套，外套与线圈或基体同轴，该外套 也可称为外磁轭。最简单的办法就是将永磁体电磁驱动装置装入一截低碳钢管中，钢管的 长度与电磁驱动装置的长度接近。比较好的办法是用硅钢片叠合构成外套，永磁体电磁驱 动装置的轴线在每一片硅钢片所在平面内。除了在线圈外面有硅钢片外，相邻线圈之间也 可被硅钢片填充。增加外套虽然能使最大电磁力有所增加，但在同样的行程范围内，电磁力 变化也增大，不再平缓。换言之，满足最小电磁力情况下，行程会减小。为了使动磁铁有更大的行程，增加线圈的个数，一般线圈的个数多于动磁铁的个 数，选取N大于或等于1，M小于或等于N，M最小为1。例如，当N = 10，M = 1时，动磁铁 可以从第1个线圈的外端运动到第10个线圈的外端，行程可大于相邻两个线圈几何中心之 间距离的9倍。为了提供更大的电磁力，可增加动磁铁的个数，选取N大于或等于1，M等于N+1。 例如，N= 1，即同一个线圈在其电流不变的情况下，M = 2时所提供的总电磁力接近M= 1 时的2倍。一种控制大行程永磁体电磁驱动装置的方法，首先沿轴线方向从起端向末端将N 个线圈依次编号为1、2、…、N，沿同样的方向将M个动磁铁依次编号为1、2、…、M;然后，根 据当前线圈和动磁铁的相对位置及计划控制运动的方向判断对哪些线圈通电及通电方向； 控制动磁铁运动，具体步骤及原则如下(1)凡是当前某线圈几何中心与其最接近的动磁铁几何中心之间的距离既小于该 线圈长度的1/4，又小于该动磁铁长度的1/4时，该线圈不通电。因为当线圈的几何中心与 动磁铁的几何中心接近时，电磁力急剧减小，这时线圈通电，能源效率是很低的。(2)某线圈通电的方向应满足其对最近动磁铁产生的电磁力方向与计划控制运动 的方向相同。即线圈通电对其靠近目的地一侧的动磁铁产生推力，对其远离目的地一侧的 动磁铁产生吸引力。(3)位于两端动磁铁外侧的线圈是否都通电，需综合考虑；若位于动磁铁1靠近起 端一侧的所有线圈通电时都对该动磁铁产生与计划控制运动的方向相同的电磁力，由于距 离动磁铁很远地方的线圈产生的电磁力很小，应该考虑该较远处线圈是否有必要也通电； 如果提供大的电磁力是主要因素，能源消耗是次要因素，则该线圈就通电，以便对动磁铁提 供较大的电磁力；如果电源效率是主要因素，电磁力是次要因素，则该线圈就不必通电，仅 距离动磁铁较近的部分线圈通电，以便提高能源效率；同理，位于动磁铁M靠近末端一侧的 所有线圈通电时都对该动磁铁产生与计划控制运动的方向相同的电磁力，距离动磁铁很远5地方的线圈是否有必要也通电根据同样原则确定。(4)若控制电路不能改变线圈电流方向，只存在通电和断电两种状态，则只考虑线 圈对动磁铁的吸引力，即动磁铁靠近目的地一侧的线圈对其产生吸引力，使其向目的地方 向运动。电磁力为推力时，可能使永磁体退磁，即降低永磁体使用寿命。(5)在电磁力作用下，动磁铁向计划方向运动，在运动过程中随时检测或判断线圈 与动磁铁之间的相对位置，并根据上述(1) (2) (3) (4)原则确定通电的线圈及改变通电方 向，直到动磁铁运动到达目的地。只有随时检测每一个线圈与每一个动磁铁之间的相对位 置，并据此确定该线圈是否通电及通电方向，才能能源效率提高，使电磁力的方向与计划运 动的方向相同。大行程永磁体电磁驱动装置在工作中有可能遇到负载突然变化，电磁驱动力太 小，动磁铁不能正常到达行程的终点。所以在控制过程中，最好还包含超时检测程序，即经 过一段时间，按正常程序动磁铁应当运动到达行程的终端而实际上未到达，则说明运动中 受到阻力过大或电磁力太小，动磁铁被停在途中。出现这本文档来自技高网...

【技术保护点】
大行程永磁体电磁驱动装置，是由动磁铁、输出件、基体及线圈组成；其特征在于：所述线圈为Ｎ个，Ｎ大于或等于１；所述动磁铁为Ｍ个，Ｍ大于或等于１；每个线圈都与基体内部的圆柱形空腔同轴，沿轴线方向各线圈间隔适当距离；每个线圈既可以单独通电使用，也可以与其他线圈适当组合连接通电使用；沿轴线方向各动磁铁间隔适当距离被固定在输出件轴线上；Ｍ个沿轴线方向充磁的动磁铁和输出件一起构成可在空腔中沿轴线方向运动的部件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蹇兴亮，
申请(专利权)人：蹇兴亮，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]