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永磁直线电机驱动中低成本位置传感器的优化

2012-08-10 09:51
默菲
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问题的引出

  在某些应用领域中,直线电机驱动并不是用来控制精确的位置,而是调整工业过程的压力、流量和力等,如压缩机。位置只在底层控制中需要,而上层闭环控制量是力。在这个特殊的应用场合,没有线性位置传感器进行直线电机驱动几乎是不可能的,但采用精度在10um~50μm的标准传感器非常昂贵。此时,精度为200μm~1mm的线性传感器是完全可以满足要求的。类似精度的位置传感器可以用两个低成本霍尔互感元件、安装接口和一小块pcb板设计而成。为了控制直线电机的驱动,永磁体必须在电机线圈外部提供一个正弦磁场。大多数情况下,正弦磁场可以通过在一定距离范围内放置一个小的位置传感器检测。传感器可以装在磁体和线圈附近,并且不需要传统线性传感器的轴所占的空间。

传感器设计

  利用两个安装在霍尔传感元件测量磁场时,必须将传感器件安装在磁体的有效距离内(如图1所示)。这样可以得到两个相位相差90°的正弦波,如图2所示。利用这些信号可以控制运动的方向。

  测量采用了一款易于安装的集成传感器件(见图3)。包括电流源在内的霍尔传感器件输出已在封装内部进行了放大。只有通道a和b的两路测量信号需要与变流器输入端进行接口设计,可由两个输出不同的运算放大器(a和b)实现。这样做是为了减少电磁接口。另外,还有两个运放校正传感器的偏移。另一运放提供的恒定电压作为运放a和b的共模输入,该电压的值为传感器电源的一半。完整的电路图见图3。

 

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