[发明专利]大行程永磁体电磁驱动装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电学领域中的电磁驱动装置及控制方法，特别涉及一种大行程永磁体电磁驱动装置及其控制方法。

背景技术

本发明人在2009年11月26日申请的申请号为200910234647.X的发明公开了一种永磁体电磁驱动装置，这种电磁驱动装置抛弃了传统上的基于闭合磁路的采用动铁和静铁结构，而采用开放的磁路系统，无需导磁材料构成闭合磁路，不存在磁路间隙问题，从而能产生较大的行程，并在大行程范围内提供比较均衡的电磁力。

原发明的永磁体电磁驱动装置所采用的线圈个数和动磁铁个数较少，适合于对行程要求不太高的场合。当增加线圈和(或)动磁铁个数，并采用适当的控制方法时可以进一步增大动磁铁的行程和提供更大的电磁力。当在线圈外面增加铁磁性材料构成的外套时，也能增加电磁力。由此本发明人在原发明的基础上研制出能提供任意行程的或更大电磁力的大行程永磁体电磁驱动装置及其控制方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中电磁驱动装置行程小，电磁力变化大等不足之处，提供一种结构简单、低功率驱动的全新结构的电磁驱动装置。本装置及其控制方法可应用到各种需要大行程电磁驱动的设备中。

本发明是通过以下技术方案实现的：所述大行程永磁体电磁驱动装置也是由动磁铁、输出件、基体及线圈组成。与专利200910234647.X不同的是本发明可采用任意多个线圈和多个动磁铁，即所述线圈为N个，N大于或等于1；所述动磁铁为M个，M大于或等于1；每个线圈都与基体内部的圆柱形空腔同轴，沿轴线方向各线圈间隔适当距离；每个线圈既可以单独通电使用，也可以与其他线圈适当组合连接通电使用；沿轴线方向各动磁铁间隔适当距离被固定在输出件轴线上；M个沿轴线方向充磁的动磁铁和输出件一起构成可在空腔中沿轴线方向运动的部件。针对每一种不同线圈个数和动磁铁个数的驱动装置，采用不同的控制方法，可以获得不同的行程和提供尽量大或均衡的电磁力(实际上是指总电磁力，即各线圈对每个动磁铁产生的电磁力的合力)。

动磁铁、输出件、基体、电磁力、磁场力以及其他一些概念与专利200910234647.X规定相同。例如动磁铁的形状为圆柱体，包括一切接近圆柱体的形状，包括不是圆柱体而在实际应用中能够令人满意的起到圆柱体所起作用的任意形状，也包括两端变形、中间开孔等稍变形的圆柱体，也包括由多个沿轴向充磁的圆片状或圆环状永磁铁叠合而成的圆柱体。又例如所述的基体，是指能为动磁铁提供运动空间即圆柱形的空腔，同时外面能放置或缠绕线圈的主体部分。电磁力是指通电线圈对动磁铁产生的作用力。

在控制方法中需要确定动磁铁的位置，根据动磁铁和线圈之间的相对位置变化改变线圈的通电状态，获取动磁铁位置的方法主要有两种：一种方法是根据试验确定，即对于固定负载和给定结构的线圈和固定的工作电流情况下，通过反复试验测量动磁铁从一个位置运动到另一个位置所需时间，从一个线圈几何中心运动到另一个线圈几何中心所需时间，以这些时间为参考，采用固定时间法，到了所需时间就认为动磁铁到达了某个位置；这种方法的优点是结构简单，控制方便；其缺点是控制可靠性差，负载变化时控制不准确。另一种方法是在永磁体电磁驱动装置上加装检测动磁铁位置的部件或传感器或电路。可采用干簧管、开关霍尔元件、线性霍尔元件、光电管、线圈、微动位置开关、编码盘等任何元件任何方法配合适当电路确定动磁铁的位置。在大行程永磁体电磁驱动装置上安装1个或多个动磁铁位置检测部件，可使运动控制准确。

为了减弱外界磁场对动磁铁的干扰，同时也增加电磁力，可以在永磁体电磁驱动装置的外面套一个由导磁材料，即铁磁性材料制成的外套，外套与线圈或基体同轴，该外套也可称为外磁轭。最简单的办法就是将永磁体电磁驱动装置装入一截低碳钢管中，钢管的长度与电磁驱动装置的长度接近。比较好的办法是用硅钢片叠合构成外套，永磁体电磁驱动装置的轴线在每一片硅钢片所在平面内。除了在线圈外面有硅钢片外，相邻线圈之间也可被硅钢片填充。增加外套虽然能使最大电磁力有所增加，但在同样的行程范围内，电磁力变化也增大，不再平缓。换言之，满足最小电磁力情况下，行程会减小。

为了使动磁铁有更大的行程，增加线圈的个数，一般线圈的个数多于动磁铁的个数，选取：N大于或等于1，M小于或等于N，M最小为1。例如，当N＝10，M＝1时，动磁铁可以从第1个线圈的外端运动到第10个线圈的外端，行程可大于相邻两个线圈几何中心之间距离的9倍。