CN101075775A - 一种圆筒型混合式步进直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开的是一种圆筒型混合式步进直线电机。它涉及机电一体化领域。主要由多组机壳、瓦形磁铁、成型铁芯、导磁环、电枢、隔板，端盖、齿型动子等精密组合。它是利用高磁场永磁铁供磁和数控细分电流励磁的巧妙结合来产生电磁拉力，直接带动负载做直线精细位移。本电机的研制成功，将大大提高数控设备的性能，减化结构，节约材料，降低生产成本，促进自动化设备的发展和应用。

Description

一种圆筒型混合式步进直线电机

技术领域

本发明涉及机电一体化领域，具体是一种圆筒型混合式直线步进电机。

背景技术

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变得非常的简单。而直线电机相当于把一台旋转运动的电动机沿着半径的方向剖开并展平，这就成了一台直线电动机。在直线电机中，相当于旋转电机定子的，叫初级；相当于旋转电机转子的，叫次级。初级中通以电流，次级就在电磁力的作用下沿着初级做直线运动。这时初级要做得很长，延伸到运动所需要达到的位置，而次级则不需要那么长，实际上，直线电机既可以把初级做得很长，也可以把次级做得很长；既可以初级固定、次级移动，也可以次级固定、初级移动。采用直线电机驱动的工作平台及相关精密运动控制比起旋转式电机有着一定的优势；由于步进电机结构的特殊性，思路的局限性，通常的步进直线电机多为单边型，并且外形多为长方形，这不仅使得电机的加工工艺变得复杂、气隙难于保证，还存在单边磁拉力，同时电机的横向及纵向方向上都存在边缘效应；圆筒形结构的磁路对称性好，容易做到基本上没有单边磁拉力，铁芯和电枢的利用率高，所以推力对动子重量的比值最大。如果能将圆筒形结构的优点、步进电机和直线电机的技术多方结合，无疑能大大提高电机的精准度和性能。

在自动控制领域中，随着数字控制、微处理机等技术的迅速发展和普及，要求某些机构快速地作直线运动，而且要保证精确定位和高可靠性。目前大部分高精度的直线随动系统都是用旋转式步进电机转换而来的，由于这种机构需要中间机械装置(例如齿条、链条、钢丝绳、传动带或丝杠等)转换成直线运动，所以整机存在着结构复杂、体积大、效率低、精度差等问题。因此，迫切需要研制一种效率高、性能优良的直接作直线运动的步进电机来取代旋转式的步进电机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种圆筒型混合式步进直线电机，它是利用高磁场永磁铁供磁和数控细分电流励磁的巧妙结合来产生电磁拉力，直接带动负载做直线精细位移。本电机的研制成功，将大大提高数控设备的性能，减化结构，节约材料，降低生产成本，促进自动化设备的发展和应用。

本发明是这样实现的：

一种圆筒型混合式步进直线电机，其特征在于：由齿型动子和组合定子组成；组合定子内每个单元包括圆筒型机壳、瓦形磁铁、成型铁芯、导磁环、电枢、中间结构隔板、大隔板，所述的电枢容置与两组成型铁芯之间，导磁环、瓦形磁铁和成型铁芯一起将电枢封装起来形成一组，在组与组之间通过中间结构隔板隔开，每两组套装圆筒型机壳形成一个单元，在两单元之间由大隔板隔开，所述的大隔板内圈镶有小轴套，若干个单元相互固连成一整体，并在该整体两端装配轴套端盖，整体内部固封并套接在齿型动子上，所述的齿型动子⑧为空心的铁磁性材料精制，外表喷涂特殊耐磨陶瓷，形成光滑表层，所述的齿型动子齿距为1.5毫米至4毫米。

所述单元的数目为两至五个。

步进直线电机在不需要闭环控制系统的条件下，能够提供一定精度且可靠的位置和速度控制，这是其它类型电机难以做到的，圆筒型混合式步进直线电机结构比较简单，磁路对称性好、可方便地实现数字控制器或微处理机控制，采用正、余弦细分电路控制驱动时，因为磁拉力是逐渐变化的，可使电机的自由振荡减弱、移动平滑、振动和噪音减低，使电机能够实现微米级的高精度位移。

附图说明

图1、本发明的内部结构示意图。

具体实施方式

本实施例中采用三组单元组成的电机。如图1所示，一种圆筒型混合式步进直线电机，其特征在于：由齿型动子和组合定子组成；组合定子内每个单元包括圆筒型机壳1、瓦形磁铁2、成型铁芯3、导磁环4、电枢5、中间结构隔板6、大隔板9，所述的电枢5容置与两组成型铁芯3之间，导磁环4、瓦形磁铁2和成型铁芯3一起将电枢封装起来形成一组，在组与组之间通过中间结构隔板6分隔，每两组套装圆筒型机壳1形成一个单元，在两个单元之间由大隔板9隔开，大隔板9内圈镶有小轴套91，三组单元相互固连成一整体，并在该整体两端装配轴套端盖7，整体内部固封并套接在齿型动子8上；所述的齿型动子8为空心的铁磁性材料精制，外表喷涂特殊耐磨陶瓷，形成光滑表层。

本发明工作时采用步进细分电路来驱动，通过细分步进驱动器输出的脉冲信号，利用高磁场永磁铁供磁和数控细分电流使线圈产生的励磁巧妙结合来产生电磁拉力，直接带动负载做直线精细位移，在实际应用中可以采用齿型动子(次级)作为移动部件，也可采用组合定子(初级)作为移动部件，静动部件可以自由选择；在提高电机的移动准确精度方面，通过提高细分电路输出的脉冲电流的频率来提高步进电机精度远比通过机械加工精度来提高步进电机的精度来得容易且成本大大降低，采用细分电路控制驱动时，因为磁拉力是逐渐变化的，可使电机的自由振荡减弱、移动平滑、振动和噪音减低，使电机能够实现微米级的高精度位移。圆筒型混合式步进直线电机结构比较简单，磁路对称性好、效率高，无漂移、无累积定位误差，它将输入的脉冲信号直接变换成微步直线位移的机电执行元件，可广泛地应用于各种精密数控设备中，是一种理想的直线驱动装置。

本发明的齿型动子8(次级)的齿距为1.5MM至4MM之间，选择这个数值范围主要从动子加工水平及电机的运行精度综合考虑，到齿距小于1.5MM时，动子的加工难度大大提高，会造成生产成本的几何级增长，而到齿距大于4MM时，直线电机的精度会下降，同时为了配合动子的大齿距电机的体积也会变得较大，从而造成制造成本的大大提高，因此申请人综合各方因素，将动子的齿距限定在1.5MM至4MM之间。

另外本发明采用等离子喷涂的方法在齿型动子的外表面喷涂有一层特殊耐磨陶瓷，形成光滑的表面，三组单元在与齿型动力相对滑行过程中磨擦非常小，将部件间的磨损降到最低，以保证机器的高可靠性。

Claims (4)

1、一种圆筒型混合式步进直线电机，其特征在于：由齿型动子和组合定子组成；组合定子内每个单元包括圆筒型机壳、瓦形磁铁、成型铁芯、导磁环、电枢、中间结构隔板、大隔板，所述的电枢容置与两组成型铁芯之间，导磁环、瓦形磁铁和成型铁芯一起将电枢封装起来形成一组，在组与组之间通过中间结构隔板隔开，每两组套装圆筒型机壳形成一个单元，在两单元之间由大隔板隔开，若干个单元相互固连成一整体，并在该整体两端装配轴套端盖⑦，整体内部固封并套接在齿型动子上。

2、如权利要求1所述的所述的一种圆筒型混合式步进直线电机，其特征在于：所述的齿型动子⑧为空心的铁磁性材料精制，外表喷涂特殊耐磨陶瓷，形成光滑表层。

3、如权利要求1所述的所述的一种圆筒型混合式步进直线电机，其特征在于：所述单元的数目为两至五个。

4、如权利要求1所述的所述的一种圆筒型混合式步进直线电机，其特征在于：在所述的大隔板内圈镶有小轴套。

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