[发明专利]一种适用于定子无磁轨式直线电机的正余弦位置编码器

说明书

本发明公开一种适用于定子无磁轨式直线电机的正余弦位置编码器，包括安装支架、铁芯、激励线圈和响应线圈。本发明主要结构为，铁芯、激励线圈、与响应线圈组合成位置编码器本体并固定于安装支架上，该本体安装于定子无磁轨式直线电机定子的垂直方向，并与定子无磁轨式直线电机的定子之间保有一定气隙。本发明工作原理：激励线圈中通入激励信号后，铁芯与定子无磁轨式直线电机的定子在电机行进过程中相互作用，产生近似正弦变化的磁密，进而在响应线圈中产生响应信号。响应线圈通过串联或并联连接，重构响应信号，得到相互正交的正余弦信号，进而反映定子无磁轨式直线电机的实时动子位置。本发明具有体积小、结构可靠、精度高、成本低廉等优点。

技术领域

本发明涉及的是永磁同步直线电机技术领域，具体涉及一种适用于定子无磁轨式直线电机的正余弦位置编码器。

背景技术

永磁同步直线电机伺服系统中，电机动子的位置检测为至关重要的一环，其所应用的位置检测技术直接影响着电机的控制性能。专利 201910292525X报道了一种定子无磁轨式直线电机，该类电机具有定子无磁轨，成本低、可靠性高等显著优势，但也由于定子无磁轨，难以检测动子实时位置。采用光栅尺、磁栅尺等直线位移传感器应用于定子无磁轨式直线电机伺服系统，具有精度高的优点，但由于此类传感器造价高、体积大且对电机运行性能有影响，在工程应用中受到了一定程度的限制。为了满足定子无磁轨式直线电机位置检测低成本而高精度的需要，本发明设计了一种适用于定子无磁轨式直线电机的正余弦位置编码器。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种适用于无磁轨直线电机的正余弦位置编码器，结构设计合理，无需光栅或磁栅作为检测器件，制造成本低廉，体积小而又可靠，易于推广使用。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种适用于定子无磁轨式直线电机的正余弦位置编码器，包括安装支架、铁芯、激励线圈和响应线圈。定子无磁轨式直线电机的定子采用凸极式结构，正余弦位置编码器中的铁芯采用两齿加一槽结构，同一元件中的激励线圈和响应线圈二者间的间距经尺寸优化，使电机运行过程中铁芯的磁密变化具有正弦性。所设计正余弦位置编码器中共有四个元件，其中，元件A 与元件B构成一个元件组，A与B之间相位差为180°电角度，其响应线圈通过反向串联而得到差分输出信号。元件C与D同理。A与B所构成元件组与C与D所构成与元件组整体相位差为90°电角度，由此可产生正余弦响应信号。A、B、C、D四个元件的激励信号正向串联，以获得相同的励磁。此外通过改变所述元件的数量与位置可以产生多种变种形式，例如采用多个元件通过移相、串并联进而提高正弦度的改进方案。

作为优选，所述正余弦位置编码器可以通过多种形式反馈动子位置，反馈形式包括有旋转变压器式的正弦高频脉冲信号、正余弦编码器式的正余弦信号，以及其他类型具有正余弦特征的反馈形式。

作为优选，所述的铁芯采用导磁材料制成，导磁材料包括有硅钢片、纯铁、电工钢、坡莫合金。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的正余弦位置编码器安装在定子无磁轨式直线电机动子行进方向的端面上，体积小质量轻，结构简单可靠，对电机运行性能影响小。

2、本发明通过从响应线圈中所获得的感应电动势信号解算出电机动子的位置信息，此种技术条件下，定子无磁轨式直线电机的定子上无需光栅磁栅，从而大大降低成本。

3、本发明通过将x轴方向上两个相位差为180°的响应线圈中提取出的输出信号进行差分相减可以达到抑制信号中直流分量、防止干扰的效果。若增加x轴方向上元件数目并进行移相、串并联可以进一步抑制信号中的谐波分量，获得更高的检测精度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的仰视示意图；