CN101888163A - 一种直驱式开关磁阻平面电机 - Google Patents

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一种直驱式开关磁阻平面电机属于机电研究领域，其特征在于：动子铁芯32两侧设计了右凸台33和左凸台34，与动子卡扣相配合，将XA相动子24、XB相动子19、XC相动子15、YA相动子23、YB相动子16、YC相动子26固定在动子台架17上，动子卡扣的高度比右凸台33和左凸台34的高度小0.3-0.5mm，在动子台架板35的两侧设计了右侧第一连接板36、右侧第二连接板37、左侧第一连接板38和左侧第二连接板39，它们一方面与动子台架板35固接，同时又与第一直线轴承29、第二直线轴承2、第三直线轴承18和第四直线轴承20固接，使动子台架17可以沿x方向第一导向轴4和x方向第二导向轴13灵活运动。

Description

一种直驱式开关磁阻平面电机
技术领域
本发明一种直驱式开关磁阻平面电机，属于机电研究领域，具体来讲涉及一种在x和y方向上均具有自起动能力的直驱式开关磁阻电机运动装置。
背景技术
现代机械加工制造业已成为全球经济发展的高速增长点，同时也是我国国民经济中最具活力的重点行业之一。在许多工业制造领域以及电子产品生产中，都需要高精度和高速度的平面运动，如数控机床、平面焊接机、大规模集成电路的加工与封装、印刷电路板制作、探针监视仪、平面测量仪、机器人驱动等。
传统方法是由旋转电机驱动，通过滚珠——丝杠的机械装置转换成直线运动再合成平面运动。这种结构复杂的装置难以保证平面运动的精度，而且需要经常调校，可靠性差，同时设备的体积较大，不能满足现代机械加工制造业高精度、高速度的要求。
八十年代后期，随着世界各国特别是日本、美国和俄罗斯等国家，直线电机的研制与广泛应用，研究人员采用两台或多台直线电机各自的直线运动叠加合成平面运动。这种装置省去了旋转运动到直线运动的中间转换机构，提高了平面运动的精度和速度。但是，由直线电机叠加形成平面运动的装置，并没有从根本上摆脱“低维运动机构叠加形成高维运动机构”的模式，特别是对于底层的直线电机需要承载上层直线电机及其相关机械部件的重量，稳定性、速度和精度都受到限制。已有的开关磁阻平面电机由于动子在x和y方向上的布置方式不同，因此，在x方向上不具备自起动能力，动子台架的运动受到位置的限制。
发明内容
本发明一种直驱式开关磁阻平面电机的目的在于提供一种不仅在x方向和y方向都具有自起动能力，而且可以实现直接驱动动子台架做平面运动的开关磁阻平面电机的运动装置。
本发明一种直驱式开关磁阻平面电机，由定子3、动子25和机械部件构成，其特征在于：定子3是由1600-2500个定子铁芯块垂直交叉拼装成的网状结构，再由同样长度的480mm-600mm长的第一定位条5、第二定位条6、第三定位条14和第四定位条31将网状结构的定子3固定在定子基座1上，每个定子铁芯块的厚度与齿宽相同，在x方向和y方向上形成多条相同的磁路通道，并且可以按照实际需要沿x方向和y方向扩展，动子25由XA相动子24、XB相动子19、XC相动子15、YA相动子23、YB相动子16、YC相动子26和动子台架17组成，XA相动子24、XB相动子19、XC相动子15、YA相动子23、YB相动子16和YC相动子26结构完全相同，均由动子铁芯32套装绕组构成，并垂直对称的固定在动子台架板17上，XA相动子24、XB相动子19和XC相动子15产生x方向电磁推力，YA相动子23、YB相动子16和YC相动子26产生y方向电磁推力，机械部件包括两个560mm-680mm长的x方向第一导向轴4、x方向第二导向轴13和两条540mm-660mm长的y方向第一导向滑轨7、y方向第二导向滑轨30，y方向第一导向滑轨7和y方向第二导向滑轨30固定在定子基座1上，y方向第一导向滑轨7上安装有第一滑块8和第二滑块11，y方向第二导向滑轨30上安装有第三滑块21和第四滑块28，x方向第一导向轴4和x方向第二导向轴13一方面通过第一直线轴承29、第二直线轴承2、第三直线轴承18和第四直线轴承20与动子台架17相固接，引导动子台架17做x方向运动；另一方面通过第一导向轴支座27、第二导向轴支座9、第三导向轴支座12和第四导向轴支座22与钢架10固接，第四滑块28、第一滑块8、第二滑块11和第三滑块21再与钢架10固接，引导动子台架17做y方向运动，y方向第一导向滑轨7、y方向第二导向滑轨30和x方向第一导向轴4、x方向第二导向轴13同时支撑动子台架17，在动子铁芯32两侧设计了右凸台33和左凸台34，与动子卡扣相配合，将XA相动子24、XB相动子19、XC相动子15、YA相动子23、YB相动子16、YC相动子26固定在动子台架17上，动子卡扣的高度比右凸台33和左凸台34的高度小0.3-0.5mm，在动子台架板35的两侧设计了右侧第一连接板36、右侧第二连接板37、左侧第一连接板38和左侧第二连接板39，它们一方面与动子台架板35固接，同时又与第一直线轴承29、第二直线轴承2、第三直线轴承18和第四直线轴承20固接，使动子台架17可以沿x方向第一导向轴4和x方向第二导向轴13灵活运动。
本发明一种直驱式开关磁阻平面电机的优点在于：
(1)本发明的动子台架17与第一直线轴承29、第二直线轴承2、第三直线轴承18和第四直线轴承20的连接牢固，可以减小动子台架17的变形，有效的保证了动子25与定子3之间的间隙。
(2)本发明的动子铁芯32通过右凸台33和左凸台34与动子卡扣配合，将XA相动子24、XB相动子19、XC相动子15、YA相动子23、YB相动子16、YC相动子26固定在动子台架17上，这种结构和固定方式既简单，又稳固，节省了材料，也可减轻动子台架的重量，同时减小了第一直线轴承29、第二直线轴承2和第三直线轴承18、第四直线轴承20与x方向第一导向轴4和x方向第二导向轴13之间的摩擦，提高了运动控制精度。
附图说明
图1开关磁阻平面电机整体结构
1——定子基座；    2——第二直线轴承；3——定子；4——x方向第一导向轴；
5——第一定位条；  6——第二定位条；7——y方向第一导向滑轨；8——第一滑块；
9——第二导向轴支座；10——钢架；11——第二滑块；12——第三导向轴支座；
13——x方向第二导向轴；14——第三定位条；15——XC相动子；16——YB相动子；
17——动子台架；18——第三直线轴承；19——XB相动子；20——第四直线轴承；
21——第三滑块；22——第四导向轴支座；23——YA相动子；24——XA相动子；
25——动子；26——YC相动子；27——第一导向轴支座；28——第四滑块；
29——第一直线轴承；30——y方向第二导向滑轨；31——第四定位条。
图2动子铁芯立体图；
32——铁芯；33——右凸台；34——左凸台
图3动子卡扣示意图
图4动子台架结构示意图
35——动子台架板；36——右侧第一连接板；37——右侧第二连接板；
38——左侧第一连接板；39——左侧第二连接板；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构和工作原理进一步详细说明。
实施方式1
定子3是由1600个定子铁芯块垂直交叉拼装成的网状结构，再由同样长度的480mm长的第一定位条5、第二定位条6、第三定位条14和第四定位条31将网状结构的定子3固定在定子基座1上，每个定子铁芯块的厚度与齿宽相同，在x方向和y方向上形成多条相同的磁路通道，并且可以按照实际需要沿x方向和y方向扩展，动子25由XA相动子24、XB相动子19、XC相动子15、YA相动子23、YB相动子16、YC相动子26和动子台架17组成，XA相动子24、XB相动子19、XC相动子15、YA相动子23、YB相动子16和YC相动子26结构完全相同，均由动子铁芯32套装绕组构成，并垂直对称的固定在动子台架板17上，XA相动子24、XB相动子19和XC相动子15产生x方向电磁推力，YA相动子23、YB相动子16和YC相动子26产生y方向电磁推力，机械部件包括两个560mm长的x方向第一导向轴4、x方向第二导向轴13和两条540mm长的y方向第一导向滑轨7、y方向第二导向滑轨30，y方向第一导向滑轨7和y方向第二导向滑轨30固定在定子基座1上，y方向第一导向滑轨7上安装有第一滑块8和第二滑块11，y方向第二导向滑轨30上安装有第三滑块21和第四滑块28，x方向第一导向轴4和x方向第二导向轴13一方面通过第一直线轴承29、第二直线轴承2、第三直线轴承18和第四直线轴承20与动子台架17相固接，引导动子台架17做x方向运动；另一方面通过第一导向轴支座27、第二导向轴支座9、第三导向轴支座12和第四导向轴支座22与钢架10固接，第四滑块28、第一滑块8、第二滑块11和第三滑块21再与钢架10固接，引导动子台架17做y方向运动，y方向第一导向滑轨7、y方向第二导向滑轨30和x方向第一导向轴4、x方向第二导向轴13同时支撑动子台架17，其特征在于：在动子铁芯32两侧设计了右凸台33和左凸台34，与动子卡扣相配合，将XA相动子24、XB相动子19、XC相动子15、YA相动子23、YB相动子16、YC相动子26固定在动子台架17上，动子卡扣的高度比右凸台33和左凸台34的高度小0.5mm，在动子台架板35的两侧设计了右侧第一连接板36、右侧第二连接板37、左侧第一连接板38和左侧第二连接板39，它们一方面与动子台架板35固接，同时又与第一直线轴承29、第二直线轴承2、第三直线轴承18和第四直线轴承20固接，使动子台架17可以沿x方向第一导向轴4和x方向第二导向轴13灵活运动，根据“磁阻最小原理”——磁通总是要沿磁阻最小的路径闭合，因磁场扭曲而产生水平电磁推力，当给XA相动子24、XB相动子19、XC相动子15绕组顺序通电时，产生x方向电磁推力，驱动动子台架17沿x方向第一导向轴4和x方向第二导向轴13做直线运动，当给YA相动子23、YB相动子16、YC相动子26绕组顺序通电时，产生y方向电磁推力，驱动动子台架17沿y方向第一导向滑轨7和y方向第二导向滑轨30做直线运动，如果同时给XA相动子24、XB相动子19、XC相动子15绕组和YA相动子23、YB相动子16、YC相动子26绕组顺序通电，则同时产生x方向和y方向电磁推力，在合力作用下，动子台架17做平面运动。
实施方式2
定子3是由2025个定子铁芯块垂直交叉拼装成的网状结构，再由540mm长的第一定位条5、第二定位条6、第三定位条14和第四定位条31将网状结构的定子3固定在定子基座1上，x方向第一导向轴4和x方向第二导向轴13的长度为620mm，y方向第一导向滑轨7和y方向第二导向滑轨30的长度为600mm，动子卡扣的高度比右凸台33和左凸台34的高度小0.3mm，其它同实施方式1。
实施方式3
定子3是由2500个定子铁芯块垂直交叉拼装成的网状结构，再由600mm长的第一定位条5、第二定位条6、第三定位条14和第四定位条31将网状结构的定子3固定在定子基座1上，x方向第一导向轴4和x方向第二导向轴13的长度为680mm，y方向第一导向滑轨7和y方向第二导向滑轨30的长度为660mm，动子卡扣的高度比右凸台33和左凸台34的高度小0.4mm，其它同实施方式1。

Claims (1)

1.一种直驱式开关磁阻平面电机，由定子(3)、动子(25)和机械部件构成，其特征在于：定子(3)是由1600-2500个定子铁芯块垂直交叉拼装成的网状结构，再由同样长度的480mm-600mm长的第一定位条(5)、第二定位条(6)、第三定位条(14)和第四定位条(31)将网状结构的定子(3)固定在定子基座(1)上，每个定子铁芯块的厚度与齿宽相同，在x方向和y方向上形成多条相同的磁路通道，并且可以按照实际需要沿x方向和y方向扩展，动子(25)由XA相动子(24)、XB相动子(19)、XC相动子(15)、YA相动子(23)、YB相动子(16)、YC相动子(26)和动子台架(17)组成，XA相动子(24)、XB相动子(19)、XC相动子(15)、YA相动子(23)、YB相动子(16)和YC相动子(26)结构完全相同，均由动子铁芯(32)套装绕组构成，并垂直对称的固定在动子台架板(17)上，XA相动子(24)、XB相动子(19)和XC相动子(15)产生x方向电磁推力，YA相动子(23)、YB相动子(16)和YC相动子(26)产生y方向电磁推力，机械部件包括两个560mm-680mm长的x方向第一导向轴(4)、x方向第二导向轴(13)和两条540mm-660mm长的y方向第一导向滑轨(7)、y方向第二导向滑轨(30)，y方向第一导向滑轨(7)和y方向第二导向滑轨(30)固定在定子基座(1)上，y方向第一导向滑轨(7)上安装有第一滑块(8)和第二滑块(11)，y方向第二导向滑轨(30)上安装有第三滑块(21)和第四滑块(28)，x方向第一导向轴(4)和x方向第二导向轴(13)一方面通过第一直线轴承(29)、第二直线轴承(2)、第三直线轴承(18)和第四直线轴承(20)与动子台架(17)相固接，引导动子台架(17)做x方向运动；另一方面通过第一导向轴支座(27)、第二导向轴支座(9)、第三导向轴支座(12)和第四导向轴支座(22)与钢架(10)固接，第四滑块(28)、第一滑块(8)、第二滑块(11)和第三滑块(21)再与钢架(10)固接，引导动子台架(17)做y方向运动，y方向第一导向滑轨(7)、y方向第二导向滑轨(30)和x方向第一导向轴(4)、x方向第二导向轴(13)同时支撑动子台架(17)，在动子铁芯(32)两侧设计了右凸台(33)和左凸台(34)，与动子卡扣相配合，将XA相动子(24)、XB相动子(19)、XC相动子(15)、YA相动子(23)、YB相动子(16)、YC相动子(26)固定在动子台架(17)上，动子卡扣的高度比右凸台(33)和左凸台(34)的高度小0.3-0.5mm，在动子台架板(35)的两侧设计了右侧第一连接板(36)、右侧第二连接板(37)、左侧第一连接板(38)和左侧第二连接板(39)，它们一方面与动子台架板(35)固接，同时又与第一直线轴承(29)、第二直线轴承(2)、第三直线轴承(18)和第四直线轴承(20)固接，使动子台架(17)可以沿x方向第一导向轴(4)和x方向第二导向轴(13)灵活运动。
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