CN103236774A

CN103236774A - 双边平板式直线电机

Info

Publication number: CN103236774A
Application number: CN2013100715495A
Authority: CN
Inventors: 聂松林; 董武涛; 伍鹏; 廖伍举; 赵君鑫; 邓龙农
Original assignee: JIAXING HUALING MECHATRONICS CO Ltd; Beijing University of Technology
Current assignee: JIAXING HUALING MECHATRONICS CO Ltd; Beijing University of Technology
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2013-08-07

Abstract

一种双边平板式直线电机，其特征在于采用动铁式结构，两组线圈作为定子对称布置于永磁体动子的两侧。电机的定子线圈接入三相交流电，产生特定的行波磁场。动子在行波磁场的作用下，产生相对于定子的轴向推力。在特定的行波磁场下，两个定子与动子产生的推力放向一致。该直线电机采用长动子短定子结构，保证定子线圈产生的行波磁场有效驱动动子往复运动。双边作用结构使单边有铁芯线圈与永磁体动子的巨大吸力相互抵消。该直线电机无长电缆和拖链，结构紧凑，并且其运动部件质量较轻，消耗的惯性力小。本发明实现了直线电机大推力输出，并提高了电机的有效推力和工作效率。

Description

双边平板式直线电机

技术领域

本发明是一种双边平板式直线电机，定子电源端子输入UVW三相交流电，产生行波磁场，动子在两个定子的行波磁场作用下，产生相对于定子的组合推力。本发明涉及一种双边平板式直线电机，动子在两组定子线圈的驱动下往复运动，尤其适用于重载、高加速的应用场合。

背景技术

在重载和高加速的应用场合，直线电机的推力需求很大，电机连续推力要求5000～10000N。CN101527494A公开了一种单边平板型直线电机，其由一组永磁励磁模块组成的定子、线圈构成的动子、数根导轨和滑块组成。该直线电机属无铁芯型，因此电机输出的推力有限。为了提高电机输出推力，线圈组装入铁芯以提高磁场强度。但是，对于单边有铁芯直线电机，定子与动子之间会产生很大的吸力，该吸力是电机连续推力的5～10倍。为确保电机平稳工作，需要克服该吸力并保证直线电机动子与定子之间的磁隙。这对线圈安装板、导轨和滑块的结构强度提出了很高的要求，从而导致直线电机运动部分体积重量较大，致使运动部件消耗的惯性力很大。根据现有技术，单边直线电机满足不了重载、高加速场合的需求。

CN101009454A、CN101741214A公开了两种双边平板型直线电机，两种直线电机都采用的是动圈式结构，永磁体励磁部件为定子。双边直线电机有效克服了单边电机的定子与动子吸力大引起的一系列问题。但是，初级线圈作为动子往复运动，不利于线圈的散热。并且，线圈的电源端子要接入三相交流电，长电缆和拖链不可避免，拖链占据了一定横向空间，影响了直线电机放置空间的紧凑性。至关重要的是，重载、高加速应用场合，对直线电机的运动部件体积重量要求极高。上述两种直线电机的动子是初级线圈，其运动部件仍然消耗了很大的惯性力，直线电机输出的有效推力有限。

发明内容

为了满足重载和高加速场合的应用需求，减小直线电机运动部件的惯性力消耗，提高直线电机输出的有效推力。本发明设计了一种双边平板式直线电机，该直线电机采用动铁式结构，初级线圈作为定子。两组定子线圈组合驱动永磁体动子往复运动，实现直线电机大推力输出。

本发明采用如下技术方案：

线圈I2和线圈II11作为定子对称布置于动子3的两侧，线圈I2和线圈II11的电源端子接入三相交流电，产生行波磁场。动子3在两个行波磁场的组合作用下，产生相对于定子的推力。线圈I2和线圈II11分别安装在定子安装板I4和定子安装板II10内侧，定子安装板I4和定子安装板II10由侧板15固接，定子安装板I4上安装有导轨I13，定子安装板II10上布置有光栅尺标尺1。定子安装板I4和定子安装板II10侧面固接了导轨Ⅱ5和导轨Ⅲ9。与导轨I13配合的滑块Ⅰ12和光栅尺读数头14与动子3连接。T型台7与动子3连接，并安装有与导轨Ⅱ5和导轨Ⅲ9配合的滑块Ⅱ6和滑块Ⅲ8。

动子3含有铁芯，并且动子3与线圈I2和线圈II11相对的两个作用面均贴有永磁体磁轭。动子3与线圈I2和线圈II11的磁隙，由滑块I12、滑块II6和III8与定子安装板I4和定子安装板II10的相对位置决定。

该直线电机采用长动子短定子结构。T型台7是电机推力输出平台，其在动子3的带动下沿着导轨II5和导轨III9往复运动。

本发明可以取得如下有益效果：

采用动铁式结构，永磁体动子、滑块、T型台构成了直线电机运动部分，经优化的运动部分，有效减少了惯性力消耗，降低了直线电机的惯性力消耗。

由于线圈固定，接入三相交流电的电缆和与水冷机相连的管路布置更加简便。一方面利于线圈的散热；另一方面，减少了长电缆和拖链消耗的惯性力以及占用的体积，使整机结构更紧凑。

两组含铁芯线圈组合驱动永磁体动子，大大提高了直线电机的连续推力。本发明有效提高了直线电机的连续推力和工作效率。

附图说明

图1双边平板式直线电机主视图

图2双边平板式直线电机侧视图

图3直线电机系统工作原理简图

图中：1.光栅尺标尺；2.线圈Ⅰ；3.动子；4.定子安装板Ⅰ；5.导轨Ⅱ；6.滑块Ⅱ；7.T型台；8.滑块Ⅲ；9.导轨Ⅲ；10.定子安装板Ⅱ；11.线圈Ⅱ；12.滑块Ⅰ；13.导轨Ⅰ；14.光栅尺读数头；15.侧板。

具体实施方式

下面结合附图来说明本发明的具体实施例。如附图3所示，直线电机系统由控制器、驱动器、及本发明的双边平板直线电机组成，光栅尺标尺1和光栅尺读书头即是附图3所示的位置反馈装置。

控制器根据设置的运动规划，发出相应指令信号到驱动器，驱动器将控制信号放大，输出功率电流到直线电机的线圈Ⅰ2和线圈Ⅱ11。线圈Ⅰ2和线圈Ⅱ11的绕组以特定方式布置，在三相交流电的作用下定子线圈产生特定的行波磁场，直线电机动子3在该行波磁场中，产生相对于定子线圈的轴向推力。线圈Ⅰ2和线圈Ⅱ11分别与动子3产生的推力方向一致，实现直线电机连续大推力输出。动子3与T型台7连接和导轨II5、导轨III9、导轨I13连接，动子3在线圈Ⅰ2和线圈Ⅱ11的组合驱动下，带动T型台7沿着导轨II5、导轨III9的方向往复运动，动子3运动方向如图1的双向箭头所示。T型台7是承载平台，其与直线电机的负载连接。

直线电机定子与动子之间的磁隙由定子安装板I4和定子安装板II10、侧板15、导轨II5，导轨III9，导轨I13、滑块II6，滑块III8，滑块I12的相对位置决定。

Claims

1.一种双边平板式直线电机，其特征在于：该直线电机采用动铁式结构，即初级线圈I（2）和线圈II（11）作为定子，永磁铁磁轭组作为动子（3）；线圈I（2）和线圈II（11）对称布置于动子（3）的两侧，线圈I（2）和线圈II（11）的电源端子接入UVW三相交流电，产生行波磁场；动子（3）在两个行波磁场的组合作用下，产生相对于定子的推力；定子安装板I（4）和定子安装板II（10）由侧板（15）固接，定子安装板I（4）上安装有有光栅尺标尺（1），定子安装板II（10）上布置导轨I（13）；两个定子安装板（4）和（10）侧面固接了导轨II（5）和导轨Ⅲ（9）；与导轨I（13）配合的滑块Ⅰ（12）和光栅尺读数头（14）与动子（3）连接；T型台（7）与动子（3）连接，并安装有与导轨Ⅱ（5）和导轨Ⅲ（9）配合的滑块Ⅱ（6）和滑块Ⅲ（8）。

2.根据权利要求1所述的双边平板式直线电机，其特征在于：动子（3）有铁芯，其与线圈Ⅰ（2）和线圈Ⅱ（11）形成磁隙的两个作用面均贴有永磁体磁轭；动子（3）与线圈Ⅰ（2）和线圈Ⅱ（11）的磁隙，由三对导轨滑块、定子安装板Ⅰ（4）和定子安装板Ⅱ（10）及侧板（15）的相对位置决定。

3.根据权利要求1所述的双边平板式直线电机，其特征在于：采用长动子短定子结构；T型台（7）是承载平台，其在动子（3）的带动下沿着导轨II（5）和导轨III（9）往复运动。