快速響應直線電機及控制方法與集成控制芯片的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電機領域，尤其涉及一種快速響應直線電機，及該快速響應直線電機的控制方法與集成控制芯片。
【背景技術】
[0002]直線電機也稱線性電機，其原理為:直線電機是一種將電能直接轉換成直線運動機械能，而不需要任何中間轉換機構的傳動裝置。它可以看成是一臺旋轉電機按徑向剖開，并展成平面而成。由定子演變而來的一側稱為初級，由轉子演變而來的一側稱為次級。在實際應用時，將初級和次級制造成不同的長度，以保證在所需行程范圍內初級與次級之間的耦合保持不變。直線電機可以是短初級長次級，也可以是長初級短次級。當初級繞組通入交流電源時，便在氣隙中產生行波磁場，次級在行波磁場切割下，將感應出電動勢并產生電流，該電流與氣隙中的磁場相作用就產生電磁推力。如果初級固定，則次級在推力作用下做直線運動;反之，則初級做直線運動。因而現有直線電機的定子一般是在長直導軌上間隔設置產生磁場的永磁體或線圈，同樣的在轉子導軌上間隔設置線圈而成。但是這種定子及轉子結構，由于要間隔設置多個線圈或永磁體，因而體積較大，另受制于體積大小，無論是定子或轉子，其線圈或永磁體產生的磁場強度較小，導致直線電機的體積大，而且動力較小，難以做到快速響應。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種快速響應直線電機，旨在解決現有快速響應直線電機體積大、動力小、難以做到快速響應的問題。
[0004]本發明是這樣實現的，一種快速響應直線電機，包括機殼、安裝于所述機殼上的定子、滑動安裝于所述定子中的轉子和支撐所述轉子的支撐軸，所述支撐軸安裝于所述機殼中，所述定子包括使用導電材料制作的導電套，所述轉子包括安裝于所述支撐軸上的支撐骨架和用于產生驅動磁場的驅動線圈，所述驅動磁場沿所述支撐軸的軸向，所述驅動線圈纏繞于所述支撐骨架上。
[0005]本發明的快速響應直線電機的定子使用導電材料制作導電套，在轉子的支撐骨架上纏繞驅動線圈，當向驅動線圈通過電流脈沖時，定子中會產生的感應電流，進而產生與上述驅動磁場相反的磁場，以驅動轉子移動，因而可以實現快速響應；另外，通過較大的瞬時脈沖電流時，可以產生較大的動力；由于驅動線圈產生的驅動磁場沿支撐軸軸向，而定子設置為套狀，因而可以將轉子的體積制作較小，所以該快速響應直線電機的體積制作較小。
[0006]本發明的另一目的在于提供一種如上所述的快速響應直線電機的控制方法，包括如下步驟:
[0007]通過控制電路向所述驅動線圈通過脈沖電流，通電時間為Tcin，并在Tcin時間內，根據脈沖電流大小、電容充電電壓大小，得出所述驅動線圈產生大的驅動電磁力&和測出所述轉子速度變化值A Vcin;并得出等式:(ΡΗ^)*Τοη=ΜΡ* Δ Von；
[0008]取脈沖斷電后所述轉子運動速度較快的一段時間為Tciff，得出所述驅動線圈電流產生電磁阻力Fz和測出相應所述轉子速度變化值Δ Voff，并得出等式:(Fz+Fw)*Toff = Mf* Δ
Voff；
[0009]根據以上兩等式計算出所述快速響應直線電機拖動負荷的質量Mf，外界施加在所述快速響應直線電機的作用力Fw;
[0010]根據檢測的所述拖動負荷的質量Mf和所述作用力Fw，調節所述驅動線圈的脈沖電流大小與導通時間。
[0011 ]本發明的控制方法可以快速檢測出快速響應直線電機的拖動負荷的質量Mf和外界施加作用力Fw，進而可以根據拖動負荷的質量Mf和外界施加作用力Fw來精確控制該快速響應直線電機。
[0012]本發明的另一目的在于提供一種集成控制芯片，用于檢測如上所述的快速響應直線電機的拖動負荷的質量Mf和外界施加快速響應電機作用力Fw，包括控制驅動線圈的控制電路、檢測模塊、存儲器和處理模塊，所述控制電路包括控制所述驅動線圈的開關電路、連接所述開關電路兩端的電容和對所述電容充電的供電電路，所述檢測模塊測量所述電容充電電壓和所述開關電路導通時間!^以及時間Tcin對應的速度變化值AVcin，所述檢測模塊還測量所述開關電路關閉后一段時間Toff對應的速度變化值△ Voff，并將該時間Tcm和Toff及△VodP AVclff存儲于所述存儲器中，所述處理模塊根據所述開關電路的導通時間Tcin、所述電容的充電電壓，得到驅動電磁力Fq及電磁阻力Fz的值，再根據公式(FQ-FwhTcin=MF* AVcin與(Fz+Fw)*Toff=Mf* Δ Vrff計算出所述負荷的質量Mf和所述外界施加作用力Fw。
[0013]本發明的集成控制芯片可以快速檢測出快速響應直線電機的拖動負荷的質量Mf和外界施加作用力Fw，進而可以根據拖動負荷的質量Mf和外界施加作用力Fw來精確控制該快速響應直線電機。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明實施例一提供的一種快速響應直線電機的剖視結構示意圖；
[0015]圖2是圖1的快速響應直線電機的驅動線圈的控制電路的原理圖；
[0016]圖3是圖1的快速響應直線電機的驅動線圈的控制過程示意圖。
[0017]圖4是本發明實施例二提供的一種快速響應直線電機的剖視結構示意圖；
[0018]圖5是沿圖4中A-A線的剖視結構示意圖；
[0019]圖6是圖4中N部分的放大結構示意圖；
[0020]圖7是圖4的快速響應直線電機中轉子的導磁環偏移到定子上鄰近的第二導磁環一側時的受力示意圖；
[0021]圖8是圖4的快速響應直線電機中轉子的導磁環偏移到定子上鄰近的第二導磁環另一側時的受力不意圖；
?0022]圖9是圖4的轉子在定子中移動時，導磁環受力示意圖；
[0023]圖10是圖4的快速響應直線電機中轉子與定子間受力平均位置的示意圖。
[0024]圖11是本發明實施例三提供的一種快速響應直線電機的剖視結構示意圖；
[0025]圖12是沿圖11中G-G線的剖視結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0027]實施例一:
[0028]請參閱圖1-圖3，本發明實施例提供的一種快速響應直線電機100，包括機殼11、定子20、轉子30和支撐軸13;定子20安裝于機殼11上，通過機殼11來支撐和保護定子20。轉子30滑動安裝于定子20中，以便轉子30可以在定子20中移動，并且轉子30安裝在支撐軸13上，可以通過支撐軸13來支撐住轉子30，并使轉子30可以沿支撐軸13移動。支撐軸13安裝在機殼11中，以使機殼11支撐住支撐軸13。定子20包括使用導電材料制作的導電套。轉子30包括支撐骨架31和驅動線圈32，支撐骨架31安裝于支撐軸13上，驅動線圈32纏繞于支撐骨架31上，當向驅動線圈32通電時，驅動線圈32可以產生沿支撐軸13的軸向的驅動磁場，則在將驅動線圈32纏繞在支撐骨架31上時，驅動線圈32實際是環繞支撐軸13。當向驅動線圈32通過電流脈沖時，定子20中會產生的感應電流，進而產生與上述驅動磁場相反的磁場，以驅動轉子30移動；當電流脈沖較大且時間較短時，可以產生較大的驅動力，從而實現轉子30的快速響應。
[0029]快速響應直線電機100的定子20使用導電材料制作導電套，在轉子30的支撐骨架31上纏繞驅動線圈32，當向驅動線圈32通過電流脈沖時，定子中會產生的感應電流，進而產生與上述驅動磁場相反的磁場，以驅動轉子30移動，因而可以實現快速響應；另外，通過較大電流時，可以產生較大的動力；由于驅動線圈32產生沿支撐軸13軸向的驅動磁場，而定子20設置為套狀，因而可以將轉子30的體積制作較小，所以該快速響應直線電機100的體積制作較小。
[0030]進一步地，機殼11中安裝有軸套12，并且軸套12套裝在支撐軸13上。設置軸套12以支撐住支撐軸13，可以更好的減少支撐軸13磨損。