[发明专利]可精确控制位移量的牵引电磁铁

说明书

技术领域

本发明涉及一种可对被牵引物体实施精确定位的牵引电磁铁，属牵引技术领域。

背景技术

电磁铁是一种常用的牵引装置，在很多情况下，人们需要对被牵引物体的速度和最终位置进 行控制。现有的牵引电磁铁一般是通过控制加在其线圈两端电压的方式来间接控制被牵引物体的 速度和最终位置，对于衔铁的运动速度是开环的控制方式。但在实际应用中，常需要精确控制其 运行速度，以免造成过大冲击；电源电压常出现波动，造成线圈上的电压不稳，电磁铁所产生的 牵引力随电压而变化，影响速度的稳定；当线圈温度升高后，线圈电阻增大，即使电压稳定，流 过线圈的驱动电流也会减小，使拖动速度降低。被拖动物体所受到的阻力主要是它与运行轨道之 间的摩擦力，它的大小受很多因素的影响，被拖动的物体不同，摩擦力也会不同，这就必然要影 响拖动速度。由于上述问题的存在，使用传统电磁铁拖动物体时，物体运行速度不稳导致最终定 位位置分散性很大，在不能使用档块定位的情况下，现有电磁铁很难满足定位要求。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术之缺陷，提供一种能够使被拖动物体准确定位的可精确控制 位移量的牵引电磁铁。

本发明所称问题是以下述技术方案实现的：

一种可精确控制位移量的牵引电磁铁，由电磁铁及其控制电路构成闭环控制系统，所述控制 电路由信号采集电路、单片机和驱动电路组成，所述信号采集电路由光电传感器和比较器组成， 所述光电传感器的发光管和光电管分别位于电磁铁衔铁两侧(也可采用一侧方式)，所述比较器的 两输入端分别接光电传感器的输出信号和参考电压，输出端接单片机的INTO端；所述驱动电路的 输入端接单片机的P1.7端，输出端驱动电磁铁的线圈；所述电磁铁的衔铁上沿轴线方向设置多个 等距且与光电传感器的发光管和光电管相对应的检测孔。

上述可精确控制位移量的牵引电磁铁，所述驱动电路由三极管和CMOS管组成，所述CMOS管 与电磁铁线圈串联连接后接电源，所述三极管接成共发射极放大器，其基极接单片机的P1.7端， 集电极的输出信号控制CMOS管的栅极，在电磁铁的线圈上还并接有续流二极管；所述CMOS管为 IGBT。

上述可精确控制位移量的牵引电磁铁，在驱动电路与单片机之间还设置信号放大器和光电隔 离器，所述信号放大器的输入端接单片机的P1.7端，输出端驱动光电隔离器的发光二极管，所述 光电隔离器的输出端接三极管的基极。

上述可精确控制位移量的牵引电磁铁，相邻两检测孔的轴线之间的距离为1～2毫米。

本发明利用信号采集电路采集电磁铁衔铁的运动信息，单片机根据衔铁的速度、加速度等运 动参数，通过驱动电路来控制加于电磁铁线圈上的电压，使电磁铁按设定的运动参数牵引物体。 由于本装置以运动参数作为闭环控制对象，有效抑制了电源波动、温度变化和运行阻力的干扰， 因而可使被牵引物体获得精确的运动速度，进而可对被牵引物体实施精确定位、避免过度冲击。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1是电磁铁结构示意图；

图2是控制电路的电原理图；

图3是电磁铁控制原理框图；

图中各标号为：1、引线插头；2、检测孔；3、线路板；4、铜导轴；5、衔铁；6、外壳；T、 光电管；D1、发光管；D2、续流二极管；L、线圈；U1、单片机；U2、比较器；U3、光电隔离器； F、放大器；Q、三极管；E、CMOS管；W1、W2、电位器；R1～R6、电阻；R、线圈电阻；m、被拖 动物体的质量；m₁、运动部分(包括衔铁5和被拖动的物体)的质量；t、通电时间；k、牵引 力与驱动电流之比；V、物体的运动速度；f、定位力；f_Z、阻力。

具体实施方式

参看图1，本装置的电磁铁由线圈L、衔铁5和外壳6组成，线圈L通电时产生磁场，磁力线 牵引衔铁5做功，衔铁5牵引物体作直线运动。控制电路的光电传感器通过线路板3与电磁铁的 外壳6固定连接，其发光管D1和光电管T分别位于电磁铁衔铁5两侧。在衔铁上沿轴线方向每2 毫米开1个检测孔2，衔铁运动时，发光管D1发出的光线依次经过各检测孔到达光电管，光电管 T输出反应衔铁运动速度的电脉冲信号。