CN102255472B - 带气浮导轨的永磁直线同步电机 - Google Patents

Abstract

带气浮导轨的永磁直线同步电机，属于直线电机技术领域。它解决了现有永磁直线同步电机存在的单边法向吸引力没有被有效的利用的问题。本发明所述带气浮导轨的永磁直线同步电机，它包括电机底座、动子和定子，它还包括一对气浮导轨、四个缓冲件和拖链，定子固定在电机底座的纵向中心位置，电机底座上有一对气浮导轨，该对气浮导轨中的两根气浮导轨对称分布在定子的两侧，每根气浮导轨的两端分别设置一个缓冲件，动子位于一对气浮导轨上，动子与定子之间为气隙；拖链的一端固定在动子上，拖链内用于布置电机的电缆及冷却水管。本发明适用于直线同步电机。

Description

带气浮导轨的永磁直线同步电机

技术领域

本发明涉及一种带气浮导轨的永磁直线同步电机，属于直线电机技术领域。

背景技术

永磁直线同步电机驱动的XY气浮工作台，在半导体光刻、PC板检查和钻孔、晶片处理加工、离子注入、电子装配及坐标测量等精密伺服领域具有广泛的应用。作为XY气浮工作台的驱动电机，永磁直线同步电机具有大惯性、高速度、高精度及大推力等特点，同时，电机的温升也能够实现良好的控制，以阻止电机的铜耗散热到外界环境，影响整个系统的分辨率。

与驱动XY气浮工作台运动所用的无铁芯永磁直线电机相比较，动电枢型永磁直线同步电机具有推力密度大及单位尺寸的作用力大的优势。这种永磁直线同步电机采用单边磁钢排列，成本更低；更重要的是，永磁直线同步电机的铁芯与电枢绕组直接接触，其散热表面积增大，同时，它的初级轭部很容易布置水冷却结构，这使得它的散热性能很好。对永磁直线同步电机通过合理的结构设计、电磁设计和电机优化设计，能够有效降低齿槽效应的影响，同时，电机的动子通过气浮导轨支撑，能够消除摩擦力，提高直线电机的定位精度。现有永磁直线同步电机的主要劣势是其初级与次级之间存在法向吸引力，这种力不能被有效的利用，并且造成其安装结构复杂。当所述电机采用卧式放置时，电机动子的重力相当于吸力，可为其提供预加载，但是在电机为立式放置或倾斜放置时，通过重力实现预加载的方法则无法实现。

发明内容

本发明的目的是解决现有永磁直线同步电机存在的单边法向吸引力没有被有效的利用的问题，提供一种带气浮导轨的永磁直线同步电机。

本发明所述带气浮导轨的永磁直线同步电机，它包括电机底座、动子和定子，它还包括一对气浮导轨、四个缓冲件和拖链，

定子固定在电机底座的纵向中心位置，电机底座上有一对气浮导轨，该对气浮导轨中的两根气浮导轨对称分布在定子的两侧，每根气浮导轨的两端分别设置一个缓冲件，动子位于一对气浮导轨上，动子与定子之间为气隙；

拖链的一端固定在动子上，拖链内用于布置电机的电缆及冷却水管。

每根气浮导轨的结构为：所述气浮导轨是由导轨与滑块组成的滑动副，导轨与滑块之间通过气膜润滑，动子与滑块固定连接，导轨与电机底座固定连接。

所述滑块为下开口的左右对称结构，滑块的顶面和两个立面上分别设置有节流孔。

所述定子由次级轭部和永磁体组成，所述动子由初级铁芯和电枢绕组组成，初级铁芯的轭部设置有水冷却管路。

本发明的优点是：本发明所述电机动子通过气浮导轨支撑，有效利用了直线电机的初级与次级之间存在的法向吸引力，使该吸引力相当于负气压把滑块吸附在导轨的气浮面上，克服了直线电机单边法向吸引力的缺陷，化劣势为优势。滑块上的节流孔能够提供正气压，它产生的浮力与所述吸力相互平衡，即可实现电机动子的悬浮。

本发明所述电机的结构，通过气浮导轨实现了电机法向吸引力的预加载，也提高了气浮导轨的承载能力与刚度，它有效的解决了电机为非卧式放置，即为立式放置或倾斜放置时，电机动子的重力不能提供预加载的问题，通过法向吸引力有效实现了预加载。

本发明的法向力预加载方式与真空预加载和磁力预加载相比较，具有结构简单、加工制造难度小和节约滑块、导轨的气浮工作面的面积等优点，能够有效缩小带气浮导轨的永磁直线同步电机的整体尺寸与体积。

本发明所述的带气浮导轨的永磁直线同步电机实现了气浮导轨与直线电机结合于一体，具有推力密度大、整体尺寸和体积小等突出优点，应用于先进电子制造装备及光学仪器等需要精密运动系统的装备制造领域，也可应用于日新月异的微纳技术制造及微检测装备中。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的仰视图；

图3为本发明气浮导轨的实物结构示意图；

图4为本发明气浮导轨的工作原理示意图；

图5为本发明气浮导轨采用法向力预加载的结构示意图；

图6为平面封闭型气浮导轨的示意图；

图7为负压平衡型气浮导轨的示意图；

图8为气浮导轨采用真空预加载的结构示意图；

图9为气浮导轨采用磁力预加载的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述带气浮导轨的永磁直线同步电机，它包括电机底座1、动子2和定子3，它还包括一对气浮导轨4、四个缓冲件5和拖链6，

定子3固定在电机底座1的纵向中心位置，电机底座1上有一对气浮导轨4，该对气浮导轨4中的两根气浮导轨对称分布在定子3的两侧，每根气浮导轨4的两端分别设置一个缓冲件5，动子2位于一对气浮导轨4上，动子2与定子3之间为气隙；

拖链6的一端固定在动子2上，拖链6内用于布置电机的电缆及冷却水管。

本实施方式中的缓冲件5是用来限制动子2的运动范围，并且缓冲所述动子2运行到气浮导轨末端时产生的冲击力。

拖链6的另一端可与电机底座1固定连接，也可采用其它的固定方式。

具体实施方式二：下面结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，每根气浮导轨的结构为：所述气浮导轨是由导轨4-1与滑块4-2组成的滑动副，导轨4-1与滑块4-2之间通过气膜润滑，动子2与滑块4-2固定连接，导轨4-1与电机底座1固定连接。

具体实施方式三：下面结合图5说明本实施方式，本实施方式为对实施方式二的进一步说明，所述滑块4-2为下开口的左右对称结构，滑块4-2的顶面和两个立面上分别设置有节流孔4-20。

所述滑块4-2两个立面上的节流孔4-20在导轨4-1的两侧呈对称设置，滑块4-2的顶平面上的节流孔4-20在顶平面上呈镜向对称分布。

本发明中直线电机的单边法向吸引力相当于负气压提供吸力，把滑块4-2吸附在导轨4-1的气浮面上，由节流孔4-20通入的气流产生的浮力作用于滑块4-2的气浮工作面上，当浮力和吸力平衡时，即形成稳定的工作气膜，实现电机动子的悬浮。

图5所示，直线电机的初级和次级之间的法向吸引力比较平稳，约为电机额定推力的数倍。这种能够实现法向吸引力预加载的电机结构，能明显地节约滑块、导轨的气浮工作面的面积。

具体实施方式四：本实施方式为对实施方式一、二或三的进一步说明，所述定子3由次级轭部和永磁体组成，所述动子2由初级铁芯和电枢绕组组成，初级铁芯的轭部设置有水冷却管路。

下面阐述现有气浮导轨的结构，并与本申请所述的气浮导轨相对比：

图6所示的是现有平面封闭型气浮导轨，该种气浮导轨能在两个方向上都得到比较理想的气膜刚度，但是其加工制造难度大，滑块、导轨的气浮工作面的面积要求较大，同时，各个气浮工作面的平行度和垂直度要求较高。

图7所示的是现有负压平衡型气浮导轨，该种气浮导轨为利用气流产生浮力，使用真空泵产生负压以实现悬浮状态，其实现方式较复杂，必需配合真空泵一起使用，并且要求真空泵能提供非常平稳的负压，同时，滑块气浮工作面上的凹槽部分加工精度要求高，加工制造难度增大。

图8所示的是现有采用真空预加载方式的气浮导轨的结构，该种气浮导轨是用真空泵把滑块气浮工作面上的凹槽内的部分空气从气孔抽出，使真空腔内形成负压，把滑块吸附在导轨的气浮面上，与节流孔的气流产生的浮力相互平衡以实现悬浮状态。这种方式需要真空泵能提供平稳的负压，增加使用成本，凹槽部分加工精度要求高，加工制造难度增大。

图9所示的是现有采用磁力预加载方式的气浮导轨的结构，该种气浮导轨是把导轨的气浮工作面上嵌入永磁体，靠磁吸力把滑块吸附在导轨的气浮面上。这种方式加工制造复杂、成本高，由于气浮导轨存在磁场，可能产生电磁干扰，影响电机的性能。

图4所示的本发明所述的气浮导轨，实现气浮导轨与直线电机结合于一体，该种气浮导轨在本发明所述的技术方案中，直线电机的法向吸引力相当于负气压产生吸力，与气流产生的浮力相互平衡，以形成稳定的工作气膜，实现了电机动子的悬浮状态。

在精密伺服领域、微纳技术制造领域中，气浮工作台的体积有限，并且严格地限制永磁直线同步电机和气浮导轨的尺寸和体积，相对于真空预加载方法和磁力预加载方法而言，本发明的气浮导轨采用的法向力预加载方法，实现方法简单，加工制造难度小，成本低，节约气浮工作面的面积，明显地缩小带气浮导轨的永磁直线同步电机的整体尺寸和体积。

Claims (2)

1.一种带气浮导轨的永磁直线同步电机，它包括电机底座(1)、动子(2)和定子(3)，其特征在于：它还包括一对气浮导轨(4)、四个缓冲件(5)和拖链(6)，

定子(3)固定在电机底座(1)的纵向中心位置，电机底座(1)上有一对气浮导轨(4)，该对气浮导轨(4)中的两根气浮导轨对称分布在定子(3)的两侧，每根气浮导轨(4)的两端分别设置一个缓冲件(5)，动子(2)位于一对气浮导轨(4)上，动子(2)与定子(3)之间为气隙；

拖链(6)的一端固定在动子(2)上，拖链(6)内用于布置电机的电缆及冷却水管；

每根气浮导轨的结构为：所述气浮导轨是由导轨(4-1)与滑块(4-2)组成的滑动副，导轨(4-1)与滑块(4-2)之间通过气膜润滑，动子(2)与滑块(4-2)固定连接，导轨(4-1)与电机底座(1)固定连接；

所述滑块(4-2)为下开口的左右对称结构，滑块(4-2)的顶面和两个里面分别设置有节流孔(4-20)。

2.根据权利要求1所述的带气浮导轨的永磁直线同步电机，其特征在于：所述定子(3)由次级轭部和永磁体组成，所述动子(2)由初级铁芯和电枢绕组组成，初级铁芯的轭部设置有水冷却管路。

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