[发明专利]一种基于共振磁耦合无线传能技术的直线运动装置及控制方法

权利要求书

1.一种基于共振磁耦合无线传能技术的直线运动装置，其特征在于，包括直线电机模块、无线传能模块、以及能在直线电机模块和无线传能模块的相互作用下平行移动的滑块平板；

所述直线电机模块包括基座、以及设置在基座上的导轨和直线电机定子，直线电机动子固定在滑块平板上，固定在滑块平板上的滑块能够在导轨上平行移动，直线电机能够在电机控制器的控制下驱动滑块平板进行平行移动；

所述无线传能模块包括分别设置在基座和滑块平板上的发射线圈和接收线圈，控制并给发射线圈和电机控制器供电的供电控制组件。

2.根据权利要求1所述的一种基于共振磁耦合无线传能技术的直线运动装置，其特征在于，所述发射端支撑板垂直固定在基座上，若干发射电容及发射线圈安装在发射端支撑板上，霍尔传感器分别安装在每两个发射线圈之间。

3.根据权利要求1所述的一种基于共振磁耦合无线传能技术的直线运动装置，其特征在于，供电控制组件包括直流电源、逆变器、继电器、无线传能模块控制器，均安装在发射端支撑板一侧，各模块之间通过导线连接，无线充电系统接入直流电源，得到直流电，经过逆变器后，输出高频交流电，逆变器输出端再通过继电器与发射电容相连，发射电容与发射线圈相连，通过无线传能模块控制器控制继电器不同的开关状态，控制各个线圈的通电或断电。

4.根据权利要求1所述的一种基于共振磁耦合无线传能技术的直线运动装置，其特征在于，所述直线电机动子安装在滑块平板下平面，定子与动子之间存在一定气隙；所述限位装置包括防撞块及光电开关，光电开关安装在滑块平板的侧平面上，随滑块平板一起运动，当运动至左、右极限位置时，光电开关会产生电平信号，发送给电机控制器，从而控制电机减速至停止；防撞块安装在直线电机基座的端板上，在断电或电机意外超程情况下，防止电机动子撞到端板。

5.根据权利要求1所述的一种基于共振磁耦合无线传能技术的直线运动装置，其特征在于，供电控制组件还包括整流器，整流器及电机控制器安装在滑块平板上，整流器前级依次连接接收电容和接收线圈，整流器将接收线圈中的高频交流电转化为直流电，直接给电机控制器供电；电机控制器基于DSP28335芯片，安装在滑块平板上，可产生PWM方波驱动直线电机，同时随滑块平板一起运动，维持电机正常工作。

6.根据权利要求1所述的一种基于共振磁耦合无线传能技术的直线运动装置，其特征在于，发射线圈由四个平行于接收线圈平面的线圈并排组成；所述发射线圈平面与接收线圈平面相距5cm，且平面下方均铺设有一层铁氧体，可聚集磁感线，增大磁耦合系数；所述发射线圈、接收线圈的电感值及发射电容、接收电容的电容值均为谐振频率下的最佳匹配值，即无线传能系统总是工作在谐振频率点上，能量传输效率最大。

7.根据权利要求5所述的一种基于共振磁耦合无线传能技术的直线运动装置，其特征在于，霍尔传感器共有三个，分别安装在每两个发射线圈之间，用于检测电机动子的位置信号，并将该信号传递给无线传能模块控制器，从而得到继电器的开关逻辑；所述无线传能模块控制器基于STM32芯片，一方面可以产生PWM控制信号驱动逆变器1工作，另一方面可以控制继电器的开关状态。

8.一种基于共振磁耦合无线传能技术的直线运动装置的控制方法，其特征在于，包括：

步骤1、初始时刻，三个霍尔传感器对电机动子的位置信号进行检测，并将检测到的位置信号传递给无线传能模块控制器；

步骤2、无线传能模块控制器将根据此刻电机动子的位置信号下发相应指令给继电器，控制继电器的开关状态，从而控制四个发射线圈的通、断电状态；

步骤3、接收线圈的频率与发射线圈频率相同，因此二者将发生共振，能量从发射线圈传递到接收线圈；接收线圈中得到的是与发射线圈同频率的交流电，经过整流器处理后，将得到一定幅值大小的直流电，该直流电便可直接给电机控制器供电；电机控制器便可产生PWM方波驱动电机，带动工作台沿导轨运动，实现本发明直线运动装置的功能。

9.根据权利要求8所述的一种基于共振磁耦合无线传能技术的直线运动装置的控制方法，其特征在于，继电器的具体开关逻辑为：若接收线圈正对于一个发射线圈，继电器则打开连接该发射线圈的开关，给该线圈供电，其余线圈断电；若接收线圈正对于两个发射线圈，继电器则打开连接这两个发射线圈的开关，给这两个线圈供电，其余线圈断电。