动线圈型磁浮电机的磁对准方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种动线圈型磁浮电机的磁对准方法及系统，所述方法包括：在所述动子线圈上安装压力传感器；向所述动线圈型磁浮电机输入恒定的交轴电流和直轴电流；向所述动线圈型磁浮电机输入第一模拟位置信号，并获取所述压力传感器上的对应于每个发力体的第一压力读数；向所述动线圈型磁浮电机输入第二模拟位置信号，获取所述压力传感器上的对应于每个发力体的第二压力读数；根据第一模拟位置信号和每个发力体的第一压力读数、第二压力读数确定每个发力体的初始磁角度。本发明能够简单、高效地获取动子线圈中各个发力体的初始磁角度，有效的降低动线圈型磁浮电机的磁对准时间，从而提高产品的工作效率。
【专利说明】动线圈型磁淳电机的磁对准方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种动线圈型磁浮电机的磁对准方法及系统。
【背景技术】
[0002] 对于动线圈型磁浮电机而言，基于矢量控制的解耦策略是一种比较成熟的控制方 法，该方法通过坐标变换，实现了永磁同步电机的直轴电流和交轴电流的解耦，从而达到了 水平向运动与垂向运动的独立控制。
[0003] 对于这种解耦控制策略，在进行伺服闭环时，首先需要知道磁浮电机动子在磁钢 阵列中的位置，即初始磁角度。否则，由于闭环时发力体出力方向未知，磁浮电机在尚未浮 起时，便很可能已经出现水平力超过静摩擦力而导致电机动子产生滑动，使得磁浮电机动 子和定子之间出现机械摩擦，影响产品安全和使用寿命。
[0004] 为了获知初始磁角度，一种方法是在系统中加入磁敏感传感器，如霍耳元件。这样 在初始化时，可以通过这些传感器来直接得到磁浮电机动子相对于磁场的初始位置。但是， 霍耳元件在磁场中的测量精度不高，导致初始磁角度误差较大，进而使得直轴电流和交轴 电流之间不能完全解耦，降低了伺服性能。
[0005] 专利号为US7205741的美国专利中提出了一种利用位移来探测初始磁角度的 方法。该美国专利技术方案中，动子线圈的底部与磁钢阵列接触的部分设有一层"end stops"，具有一定的弹性，原本用于保护动子线圈和磁钢阵列接触时的机械撞击。当动子线 圈中通入电流，并改变电流的控制角时，动子线圈所产生的力将随着控制角的变化而变化。 由于"end stops"可以压缩，因此动子线圈与磁钢阵列之间的垂向距离也将随着控制角的 变化而变化。这样，根据垂向距离最大或者最小时的电角度，即可获知动子线圈在磁钢阵列 中的初始磁角度。
[0006] 上述磁对准方法需要不断变更电流的控制角，在磁对准范围内进行逐一扫描。如 果要获得更高的磁对准精度，控制角的变化间隔必须比较小，这导致对准时间大大加长，不 利于广率的提商。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种动线圈型磁浮电机的磁对准方法及系统，能够简单、 高效地获取动子线圈中各个发力体的初始磁角度，有效的降低动线圈型磁浮电机的磁对准 时间，从而提商广品的工作效率。
[0008] 为解决上述问题，本发明提供一种动线圈型磁浮电机的磁对准方法，所述动线圈 型磁浮电机包括磁钢阵列和动子线圈，所述动子线圈包括多个发力体，所述方法包括：
[0009] 在所述动子线圈上安装压力传感器；
[0010] 向所述动线圈型磁浮电机输入恒定的交轴电流和直轴电流；
[0011] 向所述动线圈型磁浮电机输入第一模拟位置信号，并获取所述压力传感器上的对 应于每个发力体的第一压力读数，其中，所述第一模拟位置信号在所述磁钢阵列产生的磁 场中的位置范围为[0, 2 τ ];
[0012] 向所述动线圈型磁浮电机输入第二模拟位置信号，获取所述压力传感器上的对 应于每个发力体的第二压力读数，其中，所述第二模拟位置信号为第一模拟位置信号加上 τ /2 ；
[0013] 根据第一模拟位置信号和每个发力体的第一压力读数、第二压力读数确定每个发 力体的初始磁角度。
[0014] 进一步的，在上述方法中，所述交轴电流的值为零，所述直轴电流的值为非零。
[0015] 进一步的，在上述方法中，根据第一模拟位置信号和每个发力体的第一压力读数、 第二压力读数确定每个发力体的初始磁角度的步骤中，根据下述公式获取每个发力体的初 始磁角度：
[0016]
【权利要求】
1. 一种动线圈型磁浮电机的磁对准方法，所述动线圈型磁浮电机包括磁钢阵列和动子 线圈，所述动子线圈包括多个发力体，其特征在于，所述方法包括： 在所述动子线圈上安装压力传感器； 向所述动线圈型磁浮电机输入恒定的交轴电流和直轴电流； 向所述动线圈型磁浮电机输入第一模拟位置信号，并获取所述压力传感器上的对应于 每个发力体的第一压力读数，其中，所述第一模拟位置信号在所述磁钢阵列产生的磁场中 的位置范围为[〇, 2 τ ]; 向所述动线圈型磁浮电机输入第二模拟位置信号，获取所述压力传感器上的对应于每 个发力体的第二压力读数，其中，所述第二模拟位置信号为第一模拟位置信号加上τ/2 ; 根据第一模拟位置信号和每个发力体的第一压力读数、第二压力读数确定每个发力体 的初始磁角度。
2. 如权利要求1所述的动线圈型磁浮电机的磁对准方法，其特征在于，所述交轴电流 的值为零，所述直轴电流的值为非零。
3. 如权利要求2所述的动线圈型磁浮电机的磁对准方法，其特征在于，根据第一模拟 位置信号和每个发力体的第一压力读数、第二压力读数确定每个发力体的初始磁角度的步 骤中，根据下述公式获取每个发力体的初始磁角度：
,其中，X(I表示所述初始磁角度，Xi表示所述第一模拟位 置信号，Μ表示所述动子线圈的总质量，g表示重力系数，Pi表示所述第一压力读数，P2表示 所述第二压力读数。
4. 如权利要求1所述的动线圈型磁浮电机的磁对准方法，其特征在于，所述交轴电流 的值为非零，所述直轴电流的值为零。
5. 如权利要求4所述的动线圈型磁浮电机的磁对准方法，其特征在于，根据第一模拟 位置信号和每个发力体的第一压力读数、第二压力读数确定每个发力体的初始磁角度的步 骤中，根据下述公式获取每个发力体的初始磁角度：
，其中，^表示所述初始磁角度，1:表示所述第一模拟位置 信号，Μ表示所述动子线圈的总质量，g表示重力系数，Pi表示所述第一压力读数，P2表示所 述第二压力读数。
6. -种动线圈型磁浮电机的磁对准方法，所述动线圈型磁浮电机包括磁钢阵列和动子 线圈，所述动子线圈包括多个发力体，其特征在于，所述方法包括： 在所述动子线圈上安装压力传感器； 向所述动线圈型磁浮电机输入恒定的交轴电流和直轴电流； 获取初始的对准次数值； 判断所述对准次数值是否大于〇 ; 若是，则向所述动线圈型磁浮电机输入第一模拟位置信号，获取所述压力传感器上的 对应于每个发力体的第一压力读数，其中，所述第一模拟位置信号在所述磁钢阵列产生的 磁场中的位置范围为[〇,2τ];向所述动线圈型磁浮电机输入第二模拟位置信号，获取所 述压力传感器上的对应于每个发力体的第二压力读数，其中，所述第二模拟位置信号为第 一模拟位置信号加上τ/2 ;根据第一模拟位置信号和每个发力体的第一压力读数、第二压 力读数确定每个发力体的初始磁角度；将所述对准次数值减1，并获取新的第一模拟位置 信号后，转到所述判断所述对准次数值是否大于〇的步骤； 若否，则计算每个发力体的所有初始磁角度的平均值以生成每个发力体的平均初始磁 角度。
7. 如权利要求6所述的动线圈型磁浮电机的磁对准方法，其特征在于，所述交轴电流 的值为零，所述直轴电流的值为非零。
8. 如权利要求7所述的动线圈型磁浮电机的磁对准方法，其特征在于，根据第一模拟 位置信号和每个发力体的第一压力读数、第二压力读数确定每个发力体的初始磁角度的步 骤中，根据下述公式获取每个发力体的初始磁角度：
，其中，x〇表示所述初始磁角度，Xi表示所述第一模拟位 置信号，Μ表示所述动子线圈的总质量，g表示重力系数，Pi表示所述第一压力读数，P2表示 所述第二压力读数。
9. 如权利要求6所述的动线圈型磁浮电机的磁对准方法，其特征在于，所述交轴电流 的值为非零，所述直轴电流的值为零。
10. 如权利要求9所述的动线圈型磁浮电机的磁对准方法，其特征在于，根据第一模拟 位置信号和每个发力体的第一压力读数、第二压力读数确定每个发力体的初始磁角度的步 骤中，根据下述公式获取每个发力体的初始磁角度：
，其中，表示所述初始磁角度，Xi表示所述第一模拟位置 信号，Μ表示所述动子线圈的总质量，g表示重力系数，Pi表示所述第一压力读数，P2表示所 述第二压力读数。
11. 一种动线圈型磁浮电机的磁对准系统，所述动线圈型磁浮电机包括磁钢阵列和动 子线圈，所述动子线圈包括多个发力体，其特征在于，所述系统包括： 驱动器，用于向所述动线圈型磁浮电机输入恒定的交轴电流和直轴电流，并向所述动 线圈型磁浮电机分别输入第一模拟位置信号和第二模拟位置信号，其中，所述第一模拟位 置信号在所述磁钢阵列产生的磁场中的位置范围为[〇, 2 τ ]，所述第二模拟位置信号为第 一模拟位置信号加上τ /2 ; 安装于所述动子线圈上的压力传感器，用于在输入所述第一模拟位置信号时，获取对 应于每个发力体的第一压力读数，并在输入所述第二模拟位置信号时，获取对应于每个发 力体的第二压力读数； 初始磁角度模块，用于根据第一模拟位置信号和每个发力体的第一压力读数、第二压 力读数确定每个发力体的初始磁角度。
12. 如权利要求11所述的动线圈型磁浮电机的磁对准系统，其特征在于，所述驱动器 输入的所述交轴电流的值为零，所述直轴电流的值为非零。
13. 如权利要求12所述的动线圈型磁浮电机的磁对准系统，其特征在于，所述初始磁 角度模块根据下述公式获取每个发力体的初始磁角度：
，其中，X(I表示所述初始磁角度，Xi表示所述第一模拟位 置信号，Μ表示所述动子线圈的总质量，g表示重力系数，Pi表示所述第一压力读数，P2表示 所述第二压力读数。
14. 如权利要求11所述的动线圈型磁浮电机的磁对准系统，其特征在于，所述驱动器 输入的所述交轴电流的值为非零，所述直轴电流的值为零。
15. 如权利要求14所述的动线圈型磁浮电机的磁对准系统，其特征在于，所述初始磁 角度模块根据下述公式获取每个发力体的初始磁角度：
，其中，表示所述初始磁角度，Xi表示所述第一模拟位置 信号，Μ表示所述动子线圈的总质量，g表示重力系数，Pi表示所述第一压力读数，P2表示所 述第二压力读数。
16. -种动线圈型磁浮电机的磁对准系统，所述动线圈型磁浮电机包括磁钢阵列和动 子线圈，所述动子线圈包括多个发力体，其特征在于，所述系统包括： 对准次数值模块，用于获取初始的对准次数值，并在每次所述初始磁角度模块确定每 个发力体的初始磁角度后将所述对准次数值减1 ; 判断模块，用于判断当前的对准次数值是否大于〇 ; 驱动器，用于向所述动线圈型磁浮电机输入恒定的交轴电流和直轴电流，并在当前的 对准次数值大于〇时，向所述动线圈型磁浮电机分别输入第一模拟位置信号和第二模拟位 置信号，及在在每次所述初始磁角度模块确定每个发力体的初始磁角度后获取新的第一 模拟位置信号，其中，所述第一模拟位置信号在所述磁钢阵列产生的磁场中的位置范围为 [〇, 2 τ ]，所述第二模拟位置信号为第一模拟位置信号加上τ /2 ; 安装于所述动子线圈上的压力传感器，用于在输入所述第一模拟位置信号时，获取对 应于每个发力体的第一压力读数，并在输入所述第二模拟位置信号时，获取对应于每个发 力体的第二压力读数； 初始磁角度模块，用于根据第一模拟位置信号和每个发力体的第一压力读数、第二压 力读数确定每个发力体的初始磁角度； 平均值模块，用于在当前的对准次数值小于等于〇时，获取每个发力体的所有初始磁 角度的平均值以生成每个发力体的平均初始磁角度。
17. 如权利要求16所述的动线圈型磁浮电机的磁对准系统，其特征在于，所述驱动器 输入的所述交轴电流的值为零，所述直轴电流的值为非零。
18. 如权利要求17所述的动线圈型磁浮电机的磁对准系统，其特征在于，所述初始磁 角度模块根据下述公式获取每个发力体的初始磁角度：
，其中，X(I表示所述初始磁角度，Xi表示所述第一模拟位 置信号，Μ表示所述动子线圈的总质量，g表示重力系数，Pi表示所述第一压力读数，P2表示 所述第二压力读数。
19. 如权利要求16所述的动线圈型磁浮电机的磁对准系统，其特征在于，所述驱动器 输入的所述交轴电流的值为非零，所述直轴电流的值为零。
20. 如权利要求19所述的动线圈型磁浮电机的磁对准系统，其特征在于，所述初始磁 角度模块根据下述公式获取每个发力体的初始磁角度：
，其中，^表示所述初始磁角度，1:表示所述第一模拟位置 信号，Μ表示所述动子线圈的总质量，g表示重力系数，Pi表示所述第一压力读数，P2表示所 述第二压力读数。
【文档编号】H02P21/14GK104143945SQ201310168046
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月8日 优先权日:2013年5月8日
【发明者】张晓文, 张霖, 严兰舟, 杨晓峰 申请人:上海微电子装备有限公司