[发明专利]直线电机的动子位置检测装置及设备

说明书

本申请揭示了一种直线电机的动子位置检测装置及设备，属于动子位置检测领域。该检测装置包括位置检测单元、测速齿条和信号处理系统，位置检测单元包括至少两对霍尔效应传感器和传感器安装板，霍尔效应传感器分别通过传感器安装板固定于待测试的直线电机的定子上；测速齿条安装于待测试的直线电机的动子上，随动子进行直线运动时依次经过霍尔效应传感器；信号处理系统将霍尔效应传感器的变化电信号转换为光信号，通过光信号确定动子的运动方向和最终位置。本申请通过引入霍尔效应传感器和测速齿条对动子位置进行测试，使得检测装置具有高可靠性、较强的环境适应性，使用寿命长，保障高速直线电机安全可靠运行。

技术领域

本发明属于动子位置检测领域，尤其涉及一种直线电机的动子位置检测装置及设备。

背景技术

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能的传动装置。随着自动控制技术的高速发展，对各类自动控制系统的定位精度提出了更高的要求，传统的旋转电机再加上一套变换机构组成的直线运动驱动装置，已经远不能满足现代控制系统的要求。直线电机由于结构简单、直接传动、响应快等突出优点飞速发展，广泛应用与电梯、高速磁悬浮列车、高精度机床等工业领域。

动子是直线电机中往复直线运动的机构，为了控制直线电机动子的运动，控制系统必须清楚知道动子相对于定子所处的相对位置，以便正确地为定子绕组通电来产生磁场。动子的精确位置是直线电机的精确控制运行的必要条件。

现有常见技术方案借鉴传统旋转电机思路，通过旋转位置检测码盘，张紧轮，皮带轮与皮带实现直线电机动子位置检测，本质上是将直线运动转换为旋转运动。但皮带轮存在使用隐患。皮带与皮带轮在往复直线运动使用过程中存在机械接触，长时间使用后存在机械磨损，可能会产生滑齿的现象。同时，直线电机动子运行速度过快，皮带可能存在断裂等不可避免问题。

针对高速直线运动的特点，对国内外直线位移高精度测量技术进行了充分的调研，目前主要包含光栅尺测速装置，基于磁致伸缩原理的测速装置以及激光测速装置三种直线位移测量方法。基于激光的测速装置在直线电机运行中电磁、声光环境下无法正常使用。光栅尺测速装置为精密测量设备，其主要的优点是精度高、响应快。大多数光栅尺为接触式测量方法，标尺光栅与光栅读数头安装在同一导轨之中，可以实现很高的测量精度，但由于为导轨接触式测量方式，在高速运行下，可能会导致测速装置失效。而非接触式的光栅尺测速装置抗干扰能力差，极易受外部环境(光、电磁、振动)干扰。基于磁致伸缩原理的测速装置集中应用在冶金、矿业等行业，但由于其工作原理，测速装置响应频率较低，一般不超过1kHz，不满足高速直线电机应用领域高精控制系统快速响应(≥2kHz)需求。

发明内容

为了解决相关技术中测速装置可靠性差，抗干扰能差等问题，本申请提供了一种具有高可靠性、较强环境适应性且满足高速直线电机的动子位置检测装置和设备，技术方案如下：

第一方面，本申请提供了一种直线电机的动子位置检测装置，所述检测装置包括位置检测单元、测速齿条和信号处理系统，其中：所述位置检测单元包括至少两对霍尔效应传感器和传感器安装板，所述霍尔效应传感器分别通过所述传感器安装板固定于待测试的直线电机的定子上；所述测速齿条安装于所述待测试的直线电机的动子上，随所述动子进行直线运动时依次经过所述霍尔效应传感器；所述信号处理系统将所述霍尔效应传感器的变化电信号转换为光信号，通过所述光信号确定所述动子的运动方向和最终位置。

通过引入霍尔效应传感器和测速齿条，将霍尔效应传感器固定于定子上，将测速齿条安装于动子上，随着动子移动，测速齿条经过霍尔效应传感器产生变化电信号，经过对变化电信号进行分析，得到动子的运动方向和最终位置，霍尔效应传感器的应用使得检测装置具有高可靠性、较强的环境适应性，使用寿命长，保障高速直线电机安全可靠运行。