[實用新型]動鐵式磁浮平面電機動子內永磁陣列溫度采集裝置

有效

• 申請號: 201520081310.0
• 申請日: 2015-02-05
• 公開（公告）號: CN204425123U
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發明（設計）人: 周柔剛;周才健
• 申請（專利權）人: 杭州匯萃智能科技有限公司
• 主分類號: H02K11/00
• 分類號: H02K11/00
• 代理公司: 杭州華知專利事務所 33235
• 代理人: 龍湖浩

技術領域

本實用新型涉及一種動鐵式磁浮平面電機動子內永磁陣列溫度采集裝置。

背景技術

動鐵式磁浮平面電機可以極大簡化平面運動機構，減輕運動質量，實現無摩擦、無磨損的高速精密運動，是目前大行程高速精密運動控制系統研究的熱點。動鐵式磁浮平面電機的結構示意圖如圖1所示，它由線圈陣列組成的定子(2’)和懸浮于其上的磁鋼陣列(1’)組成，相比于動圈式磁浮平臺，動鐵式磁浮平臺有著運動部分不需要任何導線連的優勢，這使得動鐵式磁浮平面電機能夠完全無接觸的在線圈陣列上方運動。

由于磁浮電機為6自由度懸浮運動，且需多線圈冗余驅動，其控制解耦計算非常復雜。在精密運動控制領域，運動系統的運動精度要求達到微米級，這就要求必須按照系統動力學特性進行實時的精確控制，為此，磁浮電機對系統動力學模型的精確性有著苛刻的要求。在動鐵式磁浮電機工作過程中需要較大電流驅動，由此產生較大的熱量，需要有效的冷卻系統以保證正常運行。但平鋪的永磁陣列緊貼且懸浮于線圈之上，與線圈間的縫隙很小(約0.5-1mm)，這種結構導致了熱量極快的傳導和聚集在磁鋼陣列中。由于動鐵式磁浮平臺要求動子中不能有導線或管道與外界導通，這就導致永磁陣列中并無安裝冷卻裝置，磁浮平臺在工作過程中就無法避免永磁體溫發生變化。動鐵式磁浮平面電機工作過程中線圈溫度會超過70℃。這些溫度降通過氣隙傳遞給永磁陣列。永磁體在一定溫度范圍內隨著磁鋼溫度改變，其剩磁密度將發生可逆轉的改變。2011年出版的“The?design?of?high?performance?mechatronics(高性能機電一體化系統的設計)”一書中指出了“NdFeB永磁體溫度每上升一度，其剩磁密度將下降0.3％”。

動子在一定路徑下工作一段時間后線圈能夠上升50℃(假設常溫為20℃)。線圈溫度分布與磁浮平臺運動路徑有關，甚至磁浮平臺是靜止的時候，線圈是否通電及通電強弱也是由解耦方程決定，這就造成線圈陣列溫度分布并不均勻，導致平鋪于線圈陣列上方且與之臨近(0.5-1mm)的磁鋼陣列溫度分布不均勻。

永磁體由于溫度上升造成剩磁密度下降，造成其附近線圈通以相同驅動電流時產生洛倫茲力下降，因此造成電機輸出驅動力降低，影響電機輸出的精度及穩定性，為使電機輸出恒定的驅動力，在永磁體溫度上升時需增加線圈驅動電流值，也就是對線圈驅動電流進?行相應補償。

對于常規旋轉電機，由于動子為快速旋轉工作，其內部永磁體溫度可以近似看成相等，為此只需用1個或數個傳感器進行永磁體溫度測量，控制電流也只需根據由于溫度造成的磁場變化進行相應補償。但在磁浮平臺中，由于永磁陣列平鋪于線圈之上，永磁陣列下方鋪設有數十個線圈，單獨線圈溫度不等造成永磁陣列中溫度并不均勻相等，且永磁體剩磁密度的變化主要對臨近通電線圈受力產生影響(對距離較遠的通電線圈受力影響可忽略不計)，這就決定磁浮平面電機永磁陣列溫度采集裝置需對永磁陣列各個區域溫度同時進行相應采集。

實用新型內容

本實用新型的發明目的是解決上述現有技術的局限性，提供一種能夠同時采集永磁陣列各個區域溫度的動鐵式磁浮平面電機動子內永磁陣列溫度采集裝置，用以提高動鐵式磁浮平面電機的性能，從而保證電機輸出的精度及穩定性。

本實用新型包括用以采集溫度數據的感應模塊和用以傳輸所述的感應模塊采集來的數據的無線傳輸模塊；所述的感應模塊包括嵌于動鐵式磁浮平面電機動子永磁體中的若干溫度傳感器，所述的溫度傳感器相互之間間隔安裝。

采用以上結構后，本實用新型與現有技術相比，具有以下優點：

動鐵式磁浮平面電機不同于常規的旋轉電機，單獨線圈溫度不等造成永磁陣列中溫度并不均勻相等，采用本實用新型的溫度采集裝置采用在動鐵式磁浮平面電機動子永磁體中安裝若干的溫度傳感器，能夠實現對永磁陣列各個區域的溫度進行同時的采集，并通過無線傳輸模塊傳輸到控制系統中。因為動鐵式磁浮平面電機動子為6自由度懸浮運動且要求動子不能采用導線連接，本實用新型采用無線傳輸數據的方式進行數據的。采用本實用新型采集永磁陣列溫度后，可計算永磁陣列剩磁密度，通過運動控制卡對線圈輸出電流進行補償，可防止永磁體由于溫度上升造成磁浮平面電機輸出驅動力下降的問題。因此本實用新型能夠保證電機輸出驅動力，從而保證電機輸出的精度及穩定性。

作為改進，所述的無線傳輸模塊通過zigbee無線網絡傳輸數據。zigbee技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術，采用zigbee技術功耗低、成本低、時延短、網絡容量大并且可靠安全。

附圖說明