[發明專利]一種動線圈型磁浮電機及其磁角度檢測方法

有效

• 申請號: 201310130299.8
• 申請日: 2013-04-15
• 公開（公告）號: CN104104198B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 張曉文;張霖;嚴蘭舟;楊曉峰
• 申請（專利權）人: 上海微電子裝備有限公司
• 主分類號: H02P6/16
• 分類號: H02P6/16
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙)31237
• 代理人: 屈蘅,李時云

技術領域

本發明涉及一種動線圈型磁浮電機及其磁角度檢測方法。

背景技術

對于動線圈型磁浮電機而言，基于矢量控制的解耦策略是一種比較成熟的控制方法，它通過坐標變換，實現了永磁同步電機的直軸電流和交軸電流的解耦，從而達到了水平向運動與垂向運動的獨立控制。

對于這種解耦控制策略，在進行伺服閉環時，首先需要知道磁浮電機動子在磁鋼陣列中的位置，即初始磁角度，否則，由于閉環時發力體出力方向未知，磁浮電機在尚未浮起時，便很可能已經出現水平力超過靜摩擦力而導致電機動子產生滑動的情況，使得磁浮電機動子和定子之間出現機械摩擦，影響產品安全和使用壽命。

為了獲知初始磁角度，一種方法是在系統中加入磁敏感傳感器，如霍爾元件，這樣，在初始化時，可以通過這些傳感器來直接得到繞組線圈相對于磁場的初始位置。但是，霍爾元件在磁場中的測量精度不高，導致初始磁角度誤差較大，進而使得直軸和交軸之間不能完全解耦，降低了伺服性能。

另一種方法是利用位移來探測初始磁角度，在該技術方案中，繞組線圈的底部與磁鋼陣列接觸的部分有一層彈性元件，原本用于保護線圈繞組和磁鋼陣列接觸時的機械撞擊，當繞組線圈中通入電流，并改變電流的控制角時，繞組線圈所產生的力將隨著控制角的變化而變化，由于彈性元件可以壓縮，因此繞組線圈與磁鋼陣列之間的垂向距離也將隨著控制角的變化而變化。這樣，根據垂向距離最大或者最小時的電角度，即可獲知繞組線圈在磁鋼陣列中的初始磁角度，但這種磁對準方法需要不斷變更電流的控制角，在磁對準范圍內進行逐一掃描，如果要獲得更高的磁對準精度，控制角的變化間隔必須比較小，這導致對準時間大大加長，不利于產率的提高。

發明內容

本發明提供一種動線圈型磁浮電機及其磁角度檢測方法，以提高初始磁角度的測量精度，同時減少對準時間。

為解決上述技術問題，本發明提供一種動線圈型磁浮電機，包括相對設置的磁鋼陣列和電機動子，所述電機動子包括四個矩陣排布的繞組線圈，所述繞組線圈中還分別設有磁敏傳感器和位移傳感器。

較佳地，所述磁鋼陣列和電機動子之間還設有保護層。

較佳地，所述磁敏傳感器為霍爾傳感器。

本發明還提供了一種動線圈型磁浮電機的磁角度檢測方法，應用于如上所述的動線圈型磁浮電機，其步驟包括：

S1：選取一個繞組線圈，該繞組線圈中的磁敏傳感器測量得到電機動子的位置，并提供磁對準掃描的初始搜索范圍；

S2：給定驅動該繞組線圈的交軸電流和直軸電流，并設定位置掃描步長dstep和電流掃描步長dI；

S3：在給出的初始搜索范圍內，記錄使磁浮電機抬起的模擬位置；

S4：調整位置掃描步長dstep和電流掃描步長dI，直至在給出的初始搜索范圍內找到唯一的使磁浮電機抬起的模擬位置x1，且此時的位置掃描步長dstep小于磁對準精度要求；

S5：該繞組線圈磁對準完成。

較佳地，S3步驟中，若使磁浮電機抬起的模擬位置為2個，則取電流掃描步長為前次掃描的一半，并令模擬位置掃描步長也為前次掃描的一半，重新掃描；若使磁浮電機抬起的模擬位置大于2個，則取電流掃描步長為前次掃描的一半，重新掃描。

較佳地，使磁浮電機抬起的模擬位置大于等于2個的情況下，根據前次掃描結果限定掃描范圍。

較佳地，假定xn為第n個能夠使磁浮電機動子抬起的模擬位置，并記相鄰的兩個使電機動子抬起的位置之間的最大距離為：distance=max(abs(xn+1-xn))，記磁鋼陣列N極到S極的磁極距為τ；

當distance<τ，則掃描的位置為從第一個能夠使電機動子抬起的位置開始，到最后一個能夠使電機動子抬起的位置結束；

當distance>τ，記滿足distance>τ的兩個位置分別為xn、xn+1，則掃描的起始位置為xn+1，到xn＋2τ結束。

較佳地，S1步驟中，磁對準掃描的初始搜索范圍為[pos_x0-Δx-3σ-d1-d2,pos_x0-Δx+3σ+d1+d2]，其中，所述磁敏傳感器測量的電機動子位置為(x0,y0,rz0)，根據所述繞組線圈與電機動子位置的固定偏差所計算得到的繞組線圈位置為（pos_x0，pos_y0），所述磁敏傳感器的定位方差為σ，機械安裝公差為d1，繞組線圈的機械安裝公差為d2，繞組線圈相對于電機動子位置的偏離量為（Δx,Δy）。

較佳地，根據所述位移傳感器測量的垂向位移判斷磁浮電機是否被抬起。