一種新型的永磁直線步進(jìn)電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)電領(lǐng)域，特別是涉及一種新型的永磁直線步進(jìn)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]直線電機(jī)一般由定子和動(dòng)子組成，定子一般是由多組帶鐵芯的線圈組成，動(dòng)子則是由永磁鐵組成。定子內(nèi)輸入交變的行波磁場(chǎng)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)與永磁體的磁場(chǎng)互相作用從而產(chǎn)生橫向移動(dòng)的力，進(jìn)而使動(dòng)子產(chǎn)生移動(dòng)。常規(guī)的直線電機(jī)一般都是由三相正弦交流電驅(qū)動(dòng)，在有限空間直流電源下利用電路產(chǎn)生三相正弦交流電，實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種新型的永磁直線步進(jìn)電機(jī)，采用了直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方式，但采用了類似步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，采用按照方波規(guī)律變化幅度和相位的交變電流產(chǎn)生交變的行波磁場(chǎng)，達(dá)到既結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)簡單，又能實(shí)現(xiàn)直線驅(qū)動(dòng)的目的。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]一種新型的永磁直線步進(jìn)電機(jī)，包括定子、動(dòng)子、滑道及驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于:
[0006]所述定子由定子線圈組成；
[0007]所述動(dòng)子由永磁鐵塊組成；
[0008]所述滑道，放置在動(dòng)子與定子之間，滑道的一個(gè)表面與動(dòng)子固定，滑道的另外一個(gè)表面與定子相鄰；
[0009]所述驅(qū)動(dòng)電路由中央控制器、電源、電源開關(guān)、一路或者多路Η橋驅(qū)動(dòng)電路及電路連線組成。
[0010]進(jìn)一步的，兩個(gè)定子線圈串聯(lián)或者并聯(lián)組成一路定子線圈組，定子由一路或多路定子線圈組組成。
[0011]進(jìn)一步的，所述構(gòu)成每路定子線圈組的兩個(gè)定子線圈之間在物理空間布置上間隔[n/2-l]個(gè)線圈，η表示構(gòu)成定子的總的線圈數(shù)目。
[0012]進(jìn)一步的，構(gòu)成一路定子線圈組的兩個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)定子線圈中的電流方向相同。
[0013]進(jìn)一步的，構(gòu)成定子的定子線圈中放置有鐵芯。
[0014]進(jìn)一步的，構(gòu)成動(dòng)子的永磁鐵為一塊，或由多塊組成。
[0015]進(jìn)一步的，構(gòu)成電機(jī)的滑道的材料是自潤滑尼龍，或是聚四氟乙烯，或是黃銅。
[0016]進(jìn)一步的，所述驅(qū)動(dòng)電路的電源開關(guān)由開關(guān)三極管或場(chǎng)效應(yīng)管、物理電源開關(guān)及電容構(gòu)成。
[0017]進(jìn)一步的，所述驅(qū)動(dòng)電路的中央控制器通過控制改變驅(qū)動(dòng)電路中的一路或者多路Η橋的輸入電平的高與低來實(shí)現(xiàn)線圈中電流方向的控制，實(shí)現(xiàn)正向或者反向驅(qū)動(dòng)電流。
[0018]進(jìn)一步的，所述驅(qū)動(dòng)電路的電源是鎳氫電池或鋰電池。
[0019]本發(fā)明的有益效果在于:
[0020]本發(fā)明公布了一種新型的永磁直線步進(jìn)電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，重量小，尺寸小且尺寸容易調(diào)整。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖2是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)電路的電源開關(guān)電路圖。
[0023]圖3是本發(fā)明單路定子的控制結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖4是本發(fā)明4路8定子電路原理圖。
[0025]圖5-8是本發(fā)明電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)闡述。
[0027]本發(fā)明永磁直線步進(jìn)電機(jī)，包括定子、動(dòng)子、滑道及驅(qū)動(dòng)電路。定子由定子線圈組成，每兩個(gè)定子線圈串聯(lián)組成一路定子線圈組，定子由多路或者一路定子線圈組組成。動(dòng)子由永磁鐵塊組成?；婪胖迷趧?dòng)子與定子之間，滑道的一個(gè)表面與動(dòng)子做固定連接，滑道的另外一個(gè)表面與定子相鄰。
[0028]驅(qū)動(dòng)電路由中央控制器、電源、電源開關(guān)、電阻、電容、晶體管及電路連接線組成。在一般狀態(tài)下，永磁電機(jī)處于電源關(guān)閉狀態(tài)，組成定子的線圈中沒有電流，不產(chǎn)生磁場(chǎng)。此時(shí)，因?yàn)槎ㄗ佑芯€圈及鐵芯，可以利用組成動(dòng)子的永磁體具備的磁力將動(dòng)子吸附在定子上。
[0029]在永磁直線電機(jī)工作時(shí)，首先打開電源開關(guān)，驅(qū)動(dòng)電路開始工作。在中央控制器控制下，組成定子的線圈按照方波規(guī)律，根據(jù)預(yù)先定義的時(shí)序，產(chǎn)生正向電流或者反向電流。電流因?yàn)榉较虻母淖?，進(jìn)而產(chǎn)生按照規(guī)律改變的磁場(chǎng)。由電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與組成動(dòng)子的永磁鐵之間相互作用:一部分線圈的磁場(chǎng)與永磁鐵產(chǎn)生發(fā)生排斥作用，產(chǎn)生推力；另外一部分線圈的磁場(chǎng)與與永磁鐵產(chǎn)生吸引作用，產(chǎn)生吸力。在推力和吸力的共同作用下，動(dòng)子在設(shè)定的方向上移動(dòng)。
[0030]當(dāng)工作結(jié)束時(shí)，關(guān)閉電源開關(guān)。組成定子的線圈中，因?yàn)闆]有了電流，將不再產(chǎn)生磁場(chǎng)。此時(shí)，因?yàn)橛卸ㄗ拥木€圈及鐵芯的存在，組成動(dòng)子的永磁體將依靠磁力作用仍然吸附在定子上。
[0031]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖，圖2-圖4是本發(fā)明中的驅(qū)動(dòng)電路的布局。本發(fā)明的定子由8個(gè)定子線圈一字排開，其中，定子線圈1和定子線圈5串聯(lián)，驅(qū)動(dòng)輸入為A+和A-;定子線圈2和6，3和7，4和8也是相同的連接關(guān)系。本發(fā)明不局限于8個(gè)定子線圈，根據(jù)移動(dòng)行程遠(yuǎn)近及動(dòng)子重量的大小，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中，線圈數(shù)量可增加或者減少。本實(shí)施例中，定子線圈1個(gè)定子線圈5是串聯(lián)關(guān)系，本發(fā)明不限定他們之間的串聯(lián)方式，也可以是并聯(lián)方式。與并聯(lián)方式相比，串聯(lián)方式下，總的線圈的驅(qū)動(dòng)電路占用的空間面積要小。在下面的實(shí)施例子中的具體參數(shù)及數(shù)值均為舉例，在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)需要而改變。
[0032]此實(shí)施例中，定子線圈的主要參數(shù)如下:
[0033]?線徑 0.15mm
[0034]?匝數(shù) δΟΟ
[0035]?鐵芯尺寸:直徑2_，長度10_
[0036]?線圈外形:5x5x8mm
[0037]?線圈內(nèi)阻:12.5歐姆
[0038].驅(qū)動(dòng)電流:300mA
[0039]?最高電壓:5V
[0040]動(dòng)子永磁鐵由多塊永磁鐵組成，每塊永磁鐵的尺寸是5x10x1mm，在橫向尺寸上，正好一塊永磁體覆蓋兩個(gè)定子線圈。
[0041]該直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的內(nèi)容之一是氣隙設(shè)計(jì)，氣隙是指動(dòng)子與定子之間的空間間隔。氣隙的大小對(duì)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)效果影響非常大，本發(fā)明采用摩擦滑軌，需要兼顧滑軌的阻力與驅(qū)動(dòng)力。氣隙小了，垂直方向的吸引力會(huì)變大，使得滑軌滑動(dòng)的阻力會(huì)變大；氣隙大了，摩擦力變小，但同時(shí)，由于磁場(chǎng)變?nèi)酰姍C(jī)的驅(qū)動(dòng)力會(huì)變小。實(shí)現(xiàn)中需要選擇合適大小的氣隙，保證驅(qū)動(dòng)力、吸合力與摩擦力三者的最佳配合。
[0042]電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路
[0043]電路的基本參數(shù):
[0044].電源電壓:2.8-4.2V
[0045]籲控制信號(hào)電平:3.7V
[0046]?驅(qū)動(dòng)電路形式:Η橋
[0047]?驅(qū)動(dòng)路數(shù):4
[0048]?驅(qū)動(dòng)電流:〈1.5Α
[0049]為了簡化控制電路，Η橋僅有兩個(gè)輸入量:方向控制信號(hào)，電源輸入開關(guān)。電源開關(guān)電路如圖2所示，電源開關(guān)輸入信號(hào)為高時(shí)，電路截止，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路無輸出；電源開關(guān)輸入信號(hào)為低時(shí)，電路導(dǎo)通，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路供電。
[0050]具體實(shí)現(xiàn)過程:1)先通過相應(yīng)控制管腳輸入特定的電平，實(shí)現(xiàn)特定的控制邏輯；
2)打開電源開關(guān)，為電路供電；3)通電指定時(shí)間后，關(guān)閉電源開關(guān)；4)控制管腳恢復(fù)默認(rèn)電平。
[0051]控制時(shí)序分析
[0052]時(shí)序1如圖5所示。此時(shí)，如果希望電機(jī)向右運(yùn)動(dòng)，定子線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向依次為:NSSNNSSNo
[0053]時(shí)序2如圖6所示。此時(shí)，如果希望電機(jī)向右運(yùn)動(dòng)，定子線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向依次為:NNSSNNSS。
[0054]時(shí)序3如圖7所示。此時(shí)，如果希望電機(jī)向右運(yùn)動(dòng)，定子線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向依次為:SNNSSNNS。
[0055]時(shí)序4如圖8所示。此時(shí)，如果希望電機(jī)向右運(yùn)動(dòng)，定子線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向依次為:SSNNSSNN0
[0056]以上時(shí)序1-4，交替連續(xù)驅(qū)動(dòng)，切換的次序不同，即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正向移動(dòng)和反向移動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型的永磁直線步進(jìn)電機(jī)，包括定子、動(dòng)子、滑道及驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于: 所述定子由定子線圈組成； 所述動(dòng)子由永磁鐵塊組成； 所述滑道，放置在動(dòng)子與定子之間，滑道的一個(gè)表面與動(dòng)子固定，滑道的另外一個(gè)表面與定子相鄰； 所述驅(qū)動(dòng)電路由中央控制器、電源、電源開關(guān)、一路或者多路Η橋驅(qū)動(dòng)電路及電路連線組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型的永磁直線步進(jìn)電機(jī)，其特征在于: 兩個(gè)定子線圈串聯(lián)或者并聯(lián)組成一路定子線圈組，定子由一路或多路定子線圈組組成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型的永磁直線步進(jìn)電機(jī)，其特征在于: 所述構(gòu)成每路定子線圈組的兩個(gè)定子線圈之間在物理空間布置上間隔[n/2-l]個(gè)線圈，η表示構(gòu)成定子的總的線圈數(shù)目。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型的永磁直線步進(jìn)電機(jī)，其特征在于: 構(gòu)成一路定子線圈組的兩個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)定子線圈中的電流方向相同。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型的永磁直線步進(jìn)電機(jī)，其特征在于: 構(gòu)成定子的定子線圈中放置有鐵芯。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型的永磁直線步進(jìn)電機(jī)，其特征在于: 構(gòu)成動(dòng)子的永磁鐵為一塊，或由多塊組成。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型的永磁直線步進(jìn)電機(jī)，其特征在于: 構(gòu)成電機(jī)的滑道的材料是自潤滑尼龍，或是聚四氟乙烯，或是黃銅。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型的永磁直線步進(jìn)電機(jī)，其特征在于: 所述驅(qū)動(dòng)電路的電源開關(guān)由開關(guān)三極管或場(chǎng)效應(yīng)管、物理電源開關(guān)及電容構(gòu)成。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型的永磁直線步進(jìn)電機(jī)，其特征在于: 所述驅(qū)動(dòng)電路的中央控制器通過控制改變驅(qū)動(dòng)電路中的一路或者多路Η橋的輸入電平的高與低來實(shí)現(xiàn)線圈中電流方向的控制，實(shí)現(xiàn)正向或者反向驅(qū)動(dòng)電流。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型的永磁直線步進(jìn)電機(jī)，其特征在于: 所述驅(qū)動(dòng)電路的電源是鎳氫電池或鋰電池。
【專利摘要】本發(fā)明涉及機(jī)電領(lǐng)域，特別是涉及一種新型的永磁直線步進(jìn)電機(jī)。包括定子、動(dòng)子、滑道及驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于：所述定子由定子線圈組成；所述動(dòng)子由永磁鐵塊組成；所述滑道，放置在動(dòng)子與定子之間，滑道的一個(gè)表面與動(dòng)子固定，滑道的另外一個(gè)表面與定子相鄰；所述驅(qū)動(dòng)電路由中央控制器、電源、電源開關(guān)、一路或者多路H橋驅(qū)動(dòng)電路及電路連線組成。本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明公開了一種新型的永磁直線步進(jìn)電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，重量小，尺寸小且尺寸容易調(diào)整。
【IPC分類】H02K41/03
【公開號(hào)】CN105391269
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510941231
【發(fā)明人】黃正衍, 李小強(qiáng), 劉元澤
【申請(qǐng)人】優(yōu)丫優(yōu)科技股份有限公司
【公開日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2015年12月16日