直线电机位置反馈系统及工作方法 |
|||||||
| 申请号 | CN202011089878.9 | 申请日 | 2020-10-13 | 公开(公告)号 | CN114362596B | 公开(公告)日 | 2024-04-05 |
| 申请人 | 昆山纳博旺精工科技有限公司; | 发明人 | 茅爱峰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种直线 电机 位置 反馈系统及工作方法，包括一用于实时检测电机动子位置信息的位置检测模 块 、一能够与电机动子相互作用产生电机动子位移 信号 的信号产生及检测模块和一 信号处理 控 制模 块，位置检测模块和信号产生及检测模块均分别连接于信号处理 控制模块 ，以实现将它们检测到的电机动子位置信息及位移 信号传输 给信号处理控制模块，信号处理控制模块对接收到的电机动子位置信息及位移信号进行处理，得到一能反映出电机运行位置状态的反馈信号，并同时将所得反馈信号传送给电机 驱动器 。该直线电机位置反馈系统可有效实现对直线电机进行高速度、高 精度 、高可靠性的运行控制，大大拓展了直线电机的工业应用场合。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种直线电机位置反馈系统，直线电机具有电机定子(1)和活动安装于所述电机定子(1)上的电机动子(2)，其特征在于：该直线电机位置反馈系统包括一用于实时检测所述电机动子(2)位置信息的位置检测模块(31)、一能够与所述电机动子(2)相互作用产生电机动子位移信号的信号产生及检测模块(32)和一信号处理控制模块(33)，所述位置检测模块(31)和所述信号产生及检测模块(32)均分别连接于所述信号处理控制模块(33)，以实现将它们检测到的电机动子位置信息及位移信号传输给所述信号处理控制模块(33)，所述信号处理控制模块(33)对接收到的电机动子位置信息及位移信号进行处理，得到一能反映出电机运行位置状态的反馈信号，并同时将所得反馈信号传送给电机驱动器； |
||||||
| 说明书全文 | 直线电机位置反馈系统及工作方法技术领域[0001] 本发明涉及电机控制技术领域，具体提供一种直线电机位置反馈系统及工作方法。 背景技术[0002] 传统的直线电机位置反馈操控主要是通过光栅、磁栅、容栅等传感器来实现的。但在现有技术中，上述电机位置传感器在工作时都需要配置传感器读数头，且读数头拖线等都需要安装在动子上，因此，现有这种电机位置传感器机构无法有效的适用于诸如：动子移出、定子模组化拼接出等需要无线反馈的特殊场合，因为在无线反馈技术中，如采用蓝牙或者wifi等无线通讯技术中，是无法兼容保证伺服控制的可靠性和高速度。因而，业界亟需发展一种能够保障直线电机高速、高精度、高可靠性运行的伺服无线位置反馈系统及方法。 [0003] 有鉴于此，特提出本发明。 发明内容[0005] 本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种直线电机位置反馈系统，直线电机具有电机定子和活动安装于所述电机定子上的电机动子，该直线电机位置反馈系统包括一用于实时检测所述电机动子位置信息的位置检测模块、一能够与所述电机动子相互作用产生电机动子位移信号的信号产生及检测模块和一信号处理控制模块，所述位置检测模块和所述信号产生及检测模块均分别连接于所述信号处理控制模块，以实现将它们检测到的电机动子位置信息及位移信号传输给所述信号处理控制模块，所述信号处理控制模块对接收到的电机动子位置信息及位移信号进行处理，得到一能反映出电机运行位置状态的反馈信号，并同时将所得反馈信号传送给电机驱动器。 [0006] 作为本发明的进一步改进，所述位置检测模块具有多个开关霍尔传感器，该多个开关霍尔传感器沿所述电机动子的直线移动方向并排安装于所述电机定子上，且当所述电机动子相对于所述电机定子作直线移动时，所述电机动子朝向所述电机定子的投影始终能覆盖住三个所述开关霍尔传感器； [0007] 所述信号产生及检测模块具有多个信号产生及检测单元，该多个信号产生及检测单元沿所述电机动子的直线移动方向并排安装于所述电机定子上，且每一所述信号产生及检测单元还各具有一能够与所述电机动子相互作用产生电机动子位移信号的位置传感器和一与所述位置传感器电连接并能够对电机动子位移信号进行处理的信号处理模块A； [0008] 另外，该多个开关霍尔传感器还与该多个信号产生及检测单元工作配合，即：当所述电机动子相对于所述电机定子作直线移动时，被所述电机动子覆盖住的三个所述开关霍尔传感器中的中间一个开关霍尔传感器作为确定哪一个所述信号产生及检测单元工作的判断基准，以此来实时检测所述电机动子的位置信息。 [0009] 作为本发明的进一步改进，所述信号产生及检测单元的数量N满足以下关系式： [0010] N≥X/L， [0012] 另外，任一所述信号产生及检测单元中的位置传感器的工作范围均能够覆盖住与其相工作配合的三个所述开关霍尔传感器。 [0013] 作为本发明的进一步改进，每一所述信号产生及检测单元中的位置传感器与所述电机动子上的磁钢感应产生电机动子位移信号。 [0014] 作为本发明的进一步改进，所述信号处理控制模块集成有信号处理模块B、信号处理模块C、复用器模块、信号调制模块、信号传输模块和人机交互模块，其中，所述信号处理模块B与所述信号产生及检测模块相连接、并能够对接收到的电机动子位移信号进行调制滤波处理，所述信号处理模块C与所述位置检测模块相连接、并能够对接收到的电机动子位置信息进行信号转换处理，所述复用器模块分别与所述信号处理模块B和所述信号处理模块C相连接，并能够对接收到的所述电机动子位移信号及所述电机动子位置信息进行拼接合成处理、得到一合成信号，同时，所述复用器模块还将所得合成信号传送给所述信号调制模块，所述信号调制模块对该合成信号进行计算处理后，得到能反映出电机运行位置状态的反馈信号；另外，所述信号调制模块还分别与所述信号传输模块和所述人机交互模块相连接，以实现通过所述信号传输模块将上述反馈信号传送给所述电机驱动器，通过所述人机交互模块显示电机运行位置状态信息或电机故障信息。 [0015] 作为本发明的进一步改进，所述信号处理控制模块亦安装于所述电机定子上。 [0016] 作为本发明的进一步改进，所述信号处理模块B为多个，分别与多个所述信号产生及检测单元一一对应连接； [0018] 所述信号传输模块通过差分形式或者通讯协议形式将反馈信号传送给所述电机驱动器。 [0019] 本发明还提供了一种直线电机位置反馈系统的工作方法，包括以下步骤： [0020] S1：提供一位置检测模块、一信号产生及检测模块和一信号处理控制模块，其中，所述位置检测模块能够实时检测电机动子的位置信息，所述信号产生及检测模块能够与所述电机动子相互作用产生电机动子的位移信号，且所述位置检测模块和所述信号产生及检测模块均分别连接于所述信号处理控制模块，以实现将它们检测到的电机动子位置信息及位移信号传输给所述信号处理控制模块； [0021] S2：所述信号处理控制模块对接收到的电机动子位置信息及位移信号进行处理，得到一能反映出电机运行位置状态的反馈信号，并同时将所得反馈信号传送给电机驱动器。 [0022] 作为本发明的进一步改进，上述步骤S1中，所述位置检测模块具有多个开关霍尔传感器，该多个开关霍尔传感器沿所述电机动子的直线移动方向并排安装于所述电机定子上，且当所述电机动子相对于所述电机定子作直线移动时，所述电机动子朝向所述电机定子的投影始终能覆盖住三个所述开关霍尔传感器； [0023] 所述信号产生及检测模块具有多个信号产生及检测单元，该多个信号产生及检测单元沿所述电机动子的直线移动方向并排安装于所述电机定子上，且每一所述信号产生及检测单元还各具有一能够与所述电机动子相互作用产生电机动子位移信号的位置传感器和一与所述位置传感器电连接并能够对电机动子位移信号进行处理的信号处理模块A； [0024] 另外，该多个开关霍尔传感器还与该多个信号产生及检测单元工作配合，即：当所述电机动子相对于所述电机定子作直线移动时，被所述电机动子覆盖住的三个所述开关霍尔传感器中的中间一个开关霍尔传感器作为确定哪一个所述信号产生及检测单元工作的判断基准，以此来实时检测所述电机动子的位置信息。 [0025] 作为本发明的进一步改进，上述步骤S2中，所述信号处理控制模块集成有与所述信号产生及检测模块相连接的信号处理模块B、与所述位置检测模块相连接的信号处理模块C、复用器模块、信号调制模块、信号传输模块和人机交互模块， [0026] 且所述信号处理控制模块对接收到的电机动子位置信息及位移信号进行处理的具体方法为： [0027] S21：所述信号处理模块B对接收到的电机动子位移信号进行调制滤波处理后、传输给所述复用器模块； [0028] 所述信号处理模块C对接收到的电机动子位置信息进行信号转换处理后、传输给所述复用器模块； [0029] S22：所述复用器模块对接收到的上述电机动子位移信号及电机动子位置信息进行拼接合成处理，即：先根据所述位置检测模块检测到的电机动子位置信息来判断出是哪一个所述信号产生及检测单元工作，然后再切换、并控制该信号产生及检测单元中的位置传感器与所述电机动子相互作用产生电机动子位移信号；完成上述拼接合成处理后得到一合成信号，同时所述复用器模块还将所得合成信号传送给所述信号调制模块； [0030] S23：所述信号调制模块对该合成信号进行计算处理后，得到能反映出电机运行位置状态的反馈信号； [0031] S24：所述信号调制模块还对所得反馈信号进行连续性判断，判断反馈信号输出状态是否正常： [0032] a)若当反馈信号输出正常时，所述信号调制模块通过所述信号传输模块将所得反馈信号传送给所述电机驱动器，同时，所述信号调制模块还通过所述人机交互模块显示电机运行位置状态信息； [0033] b)若当反馈信号输出不正常时，所述信号调制模块通过所述信号传输模块向所述电机驱动器输出断使能控制信号，同时，所述信号调制模块还通过所述人机交互模块显示电机故障信息。 [0034] 本发明的有益效果是：相较于现有技术，借由本发明所提供的直线电机位置反馈系统及工作方法，可行之有效的对直线电机进行无线控制，即可实现对直线电机进行高速度、高精度、高可靠性的低成本运行控制，从而可使直线电机广泛适用于半导体产业、数控机床、自动化装备等多种高速高精度工业应用场合。附图说明 [0035] 图1为本发明所述直线电机位置反馈系统的结构原理示意图； [0036] 图2为本发明所述信号处理控制模块的工作原理方框示意图。 [0037] 结合附图，作以下说明： [0038] 1—电机定子；2—电机动子；31—位置检测模块；310—开关霍尔传感器；32—信号产生及检测模块；320—位置传感器；33—信号处理控制模块；330—信号处理模块B；331—信号处理模块C；332—复用器模块；333—信号调制模块；334—信号传输模块；335—人机交互模块。 具体实施方式[0040] 须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技艺的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。于本说明书中所述的“A”、“B”、“C”等仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。 [0041] 实施例1： [0042] 请参阅附图1所示，其为本发明所述直线电机位置反馈系统的结构原理示意图。 [0043] 直线电机具有电机定子1和活动安装于所述电机定子1上的电机动子2，本发明所述直线电机位置反馈系统包括一用于实时检测所述电机动子2位置信息的位置检测模块31、一能够与所述电机动子2相互作用产生电机动子位移信号的信号产生及检测模块32和一信号处理控制模块33，所述位置检测模块31和所述信号产生及检测模块32均分别连接于所述信号处理控制模块33，以实现将它们检测到的电机动子位置信息及位移信号传输给所述信号处理控制模块33，所述信号处理控制模块33对接收到的电机动子位置信息及位移信号进行处理，得到一能反映出电机运行位置状态的反馈信号，并同时将所得反馈信号传送给电机驱动器，所述电机驱动器借此反馈信号来控制直线电机工作。 [0044] 在本实施例中，优选的，所述位置检测模块31具有多个开关霍尔传感器310，该多个开关霍尔传感器310沿所述电机动子2的直线移动方向并排安装于所述电机定子1上，且当所述电机动子2相对于所述电机定子1作直线移动时，所述电机动子2朝向所述电机定子1的投影始终能覆盖住三个所述开关霍尔传感器310； [0045] 所述信号产生及检测模块32具有多个信号产生及检测单元，该多个信号产生及检测单元沿所述电机动子2的直线移动方向并排安装于所述电机定子1上，且每一所述信号产生及检测单元还各具有一能够与所述电机动子2相互作用产生电机动子位移信号的位置传感器320和一与所述位置传感器320电连接并能够对电机动子位移信号进行处理得到正交位移信号的信号处理模块A； [0046] 另外，该多个开关霍尔传感器310还与该多个信号产生及检测单元工作配合，即：当所述电机动子2相对于所述电机定子1作直线移动时，被所述电机动子2覆盖住的三个所述开关霍尔传感器310中的中间一个开关霍尔传感器作为确定哪一个所述信号产生及检测单元工作的判断基准，以此来实时检测所述电机动子2的位置信息。 [0047] 进一步优选的，所述信号产生及检测单元的数量N满足以下关系式：N≥X/L，式中，X为所述电机定子长度(所述电机定子的长度方向即为所述电机动子的直线移动方向)，L为所述电机动子上的磁钢长度； [0048] 另外，任一所述信号产生及检测单元中的位置传感器320的工作范围均能够覆盖住与其相工作配合的三个所述开关霍尔传感器310。 [0049] 进一步优选的，每一所述信号产生及检测单元中的位置传感器320与所述电机动子2上的磁钢感应产生电机动子位移信号。除此之外，也可通过在所述电机动子上设置磁栅尺或其它磁体，来实现与位置传感器感应产生电机动子位移信号。 [0050] 在本实施例中，优选的，所述信号处理控制模块33集成有信号处理模块B330、信号处理模块C331、复用器模块332、信号调制模块333、信号传输模块334和人机交互模块335，其中，所述信号处理模块B330与所述信号产生及检测模块32相连接、并能够对接收到的电机动子位移信号进行调制滤波处理，所述信号处理模块C331与所述位置检测模块31相连接、并能够对接收到的电机动子位置信息进行信号转换处理(如高低电平信号转换)，所述复用器模块332分别与所述信号处理模块B330和所述信号处理模块C331相连接，并能够对接收到的所述电机动子位移信号及所述电机动子位置信息进行拼接合成处理、得到一合成信号，同时，所述复用器模块332还将所得合成信号传送给所述信号调制模块333，所述信号调制模块333对该合成信号进行计算处理后，得到能反映出电机运行位置状态的反馈信号；另外，所述信号调制模块333还分别与所述信号传输模块334和所述人机交互模块335相连接，以实现通过所述信号传输模块334将上述反馈信号传送给所述电机驱动器，通过所述人机交互模块335显示电机运行位置状态信息或电机故障信息。所述信号处理控制模块的工作原理可参阅附图2所示。 [0051] 进一步优选的，所述信号处理控制模块33亦安装于所述电机定子1上。 [0052] 进一步优选的，所述信号处理模块B330为多个，分别与多个所述信号产生及检测单元一一对应连接； [0053] 相应的，所述复用器模块332具有多个输入接口A，该多个输入接口A分别与多个所述信号处理模块B330的输出端一一对应连接；因所述复用器模块的多个输入接口A与多个所述信号处理模块B一一对应，而多个所述信号处理模块B又与多个所述信号产生及检测单元一一对应，因此，所述复用器模块的输入接口A的数量也满足上述关系式N≥X/L； [0054] 所述信号传输模块334通过差分形式或者通讯协议形式将反馈信号传送给所述电机驱动器。 [0055] 实施例2： [0056] 本实施例2公开了一种直线电机位置反馈系统的工作方法，包括以下步骤： [0057] S1：提供一位置检测模块31、一信号产生及检测模块32和一信号处理控制模块33，其中，所述位置检测模块31能够实时检测电机动子2的位置信息，所述信号产生及检测模块32能够与所述电机动子2相互作用产生电机动子的位移信号，且所述位置检测模块31和所述信号产生及检测模块32均分别连接于所述信号处理控制模块33，以实现将它们检测到的电机动子位置信息及位移信号传输给所述信号处理控制模块33； [0058] S2：所述信号处理控制模块33对接收到的电机动子位置信息及位移信号进行处理，得到一能反映出电机运行位置状态的反馈信号，并同时将所得反馈信号传送给电机驱动器，所述电机驱动器借此反馈信号来控制直线电机工作。 [0059] 在本实施例中，优选的，上述步骤S1中，所述位置检测模块31具有多个开关霍尔传感器310，该多个开关霍尔传感器310沿所述电机动子2的直线移动方向并排安装于所述电机定子1上，且当所述电机动子2相对于所述电机定子1作直线移动时，所述电机动子2朝向所述电机定子1的投影始终能覆盖住三个所述开关霍尔传感器310； [0060] 所述信号产生及检测模块32具有多个信号产生及检测单元，该多个信号产生及检测单元沿所述电机动子2的直线移动方向并排安装于所述电机定子1上，且每一所述信号产生及检测单元还各具有一能够与所述电机动子2相互作用产生电机动子位移信号的位置传感器320和一与所述位置传感器320电连接并能够对电机动子位移信号进行处理得到正交位移信号的信号处理模块A； [0061] 另外，该多个开关霍尔传感器310还与该多个信号产生及检测单元工作配合，即：当所述电机动子2相对于所述电机定子1作直线移动时，被所述电机动子2覆盖住的三个所述开关霍尔传感器310中的中间一个开关霍尔传感器作为确定哪一个所述信号产生及检测单元工作的判断基准，以此来实时检测所述电机动子2的位置信息。 [0062] 优选的，上述步骤S2中，所述信号处理控制模块33集成有与所述信号产生及检测模块32相连接的信号处理模块B330、与所述位置检测模块31相连接的信号处理模块C331、复用器模块332、信号调制模块333、信号传输模块334和人机交互模块335， [0063] 且所述信号处理控制模块33对接收到的电机动子位置信息及位移信号进行处理的具体方法为： [0064] S21：所述信号处理模块B330对接收到的电机动子位移信号进行调制滤波处理后、传输给所述复用器模块332； [0065] 所述信号处理模块C331对接收到的电机动子位置信息进行信号转换处理(如高低电平信号转换)后、传输给所述复用器模块332； [0066] S22：所述复用器模块332对接收到的上述电机动子位移信号及电机动子位置信息进行拼接合成处理，即：先根据所述位置检测模块31检测到的电机动子位置信息来判断出是哪一个所述信号产生及检测单元工作，然后再切换、并控制该信号产生及检测单元中的位置传感器320与所述电机动子2相互作用产生电机动子位移信号；完成上述拼接合成处理后得到一合成信号，同时所述复用器模块332还将所得合成信号传送给所述信号调制模块333； [0067] S23：所述信号调制模块333对该合成信号进行计算处理后，得到能反映出电机运行位置状态的反馈信号；根据电机驱动器所需信号形式，所述信号调制模块可采用FPGA/CPLD/MCU进行设计，得到符合电机驱动器所需的增量式信号、三相信号或绝对值信号； [0068] S24：所述信号调制模块333还对所得反馈信号进行连续性判断，判断反馈信号输出状态是否正常： [0069] a)若当反馈信号输出正常时，所述信号调制模块333通过所述信号传输模块334将所得反馈信号传送给所述电机驱动器，同时，所述信号调制模块333还通过所述人机交互模块335显示电机运行位置状态信息； [0070] b)若当反馈信号输出不正常时，所述信号调制模块333通过所述信号传输模块334向所述电机驱动器输出断使能控制信号，同时，所述信号调制模块333还通过所述人机交互模块335显示电机故障信息。 [0071] 综上所述，相较于现有技术，借由本发明所提供的直线电机位置反馈系统及工作方法，可行之有效的对直线电机进行无线控制，即可实现对直线电机进行高速度、高精度、高可靠性的低成本运行控制，从而可使直线电机广泛适用于半导体产业、数控机床、自动化装备等多种高速高精度工业应用场合。 [0072] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，但并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为在本发明的保护范围内。 |
||||||
