CN103746535B - 一种流体支撑直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流体支撑直线电机，包括呈角度布局且可活动的两磁组板组件、位于两磁组板组件内侧且固定设置的导磁基座、位于两磁组板组件外侧且固定设置的两线圈组件，在两磁组板组件做直线运动时，或两磁组板组件与导磁基座之间通过内流体支撑，或两磁组板组件与其线圈组件之间通过外流体支撑；由于两磁组板组件采用了相互呈角度布局的结构，限定了除能做轴向直线运动之外的五个自由度，电磁产生的法向力通过流体力进行平衡，结合导磁基座的磁吸力或磁推力，由此磁组板组件或在与导磁基座之间的内流体支撑下做直线运动，或在与线圈组件之间的外流体支撑下做直线运动，进而大大减轻了可动部件的质量，显著地提高了加速度，且安装占用空间小。

Description

一种流体支撑直线电机

技术领域

本发明涉及直线电机领域，尤其涉及的是一种可动部件质量轻、加速度更大的直线电机装置。

背景技术

现有的直线电机中，其运动部件大都采用直线滚动导轨或者直线流体轴承的支撑方式，结构复杂，安装占用空间大，可动部件质量重，加速度也不够大，一般仅能做到100m/s2。

因此，现有技术尚有待改进和发展。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种流体支撑直线电机，安装占用空间小、可动部件质量轻、加速度更大。

本发明的技术方案如下：一种流体支撑直线电机，包括：固定设置的导磁基座、第一线圈组件和第二线圈组件，以及活动设置的第一磁组板组件和第二磁组板组件；所述第一磁组板组件与第二磁组板组件之间呈从锐角到钝角的角度布置，所述导磁基座位于第一磁组板组件与第二磁组板组件夹角的内侧，所述第一线圈组件平行安装在第一磁组板组件的外侧，所述第二线圈组件平行安装在第二磁组板组件的外侧；

在所述第一磁组板组件和第二磁组板组件作直线运动的状态下：

所述第一磁组板组件和第二磁组板组件与导磁基座之间均通过内流体支撑；

或者，所述第一磁组板组件与第一线圈组件之间、以及第二磁组板组件与第二线圈组件之间均通过外流体支撑。

所述的流体支撑直线电机，其中：所述第一磁组板组件固定设置在第一磁组板框架上，所述第一磁组板框架设置在第一磁组板组件与导磁基座之间，所述第二磁组板组件固定设置在第二磁组板框架上，所述第二磁组板框架设置在第二磁组板组件与导磁基座之间，所述第一磁组板框架上朝向导磁基座的一面均布有第一内流体孔，所述第二磁组板框架上朝向导磁基座的一面均布有第二内流体孔。

所述的流体支撑直线电机，其中：所述第一线圈组件设置在第一线圈组件框架上，所述第一线圈组件框架位于第一线圈组件与第一磁组板组件之间，所述第二线圈组件设置在第二线圈组件框架上，所述第二线圈组件框架位于第二线圈组件与第二磁组板组件之间，所述第一线圈组件框架上面向第一磁组板组件的一面均布有第一外流体孔，所述第二线圈组件框架上面向第二磁组板组件的一面均布有第二外流体孔。

所述的流体支撑直线电机，其中：所述导磁基座的内部设置有一运动缓冲限位组件，所述运动缓冲限位组件包括一限位杆和两弹性缓冲垫块；所述导磁基座的内部轴向设置有一通孔，所述通孔的内壁上设置有限位凸台，所述弹性缓冲垫块分别设置在限位凸台的两侧；所述第一磁组板框架和第二磁组板框架的前端均连接在一筒盖上，所述限位杆包括一体连接的杆部和限位部，所述杆部穿过限位凸台和两弹性缓冲垫块并连接在筒盖上。

所述的流体支撑直线电机，其中：所述限位凸台位于所述导磁基座的前半部分，且在通孔的内壁上环绕一周。

所述的流体支撑直线电机，其中：所述导磁基座固定在一底座的内底面上，所述底座上扣合一防护罩体，所述防护罩体的前端面上固定有一前端盖，所述防护罩体的前端面和前端盖上均设置有一适配筒盖通过的端孔，所述前端盖的孔壁上嵌装有一橡胶密封圈，所述橡胶密封圈的外侧倾斜向内延伸至筒盖的外壁上。

所述的流体支撑直线电机，其中：所述第一磁组板组件与第二磁组板组件相互垂直布置。

所述的流体支撑直线电机，其中：所述导磁基座呈横向放置的方柱形，所述第一磁组板组件位于导磁基座的顶面方向，所述第二磁组板组件位于导磁基座的侧面方向。

所述的流体支撑直线电机，其中：与所述第二磁组板组件相对的导磁基座的另一侧设置有位置测量组件，所述位置测量组件中的可动部件与第一磁组板组件联动。

所述的流体支撑直线电机，其中：所述第一线圈组件和第二线圈组件分别嵌装在由非磁性材料制作的基座内，且在所述基座内设置有相应的矽钢片组、过热温度保护开关和螺旋式冷却管，所述基座内还设置有相应的绝对式位置传感器，用于检测第一磁组板组件或第二磁组板组件的初始位置。

本发明所提供的一种流体支撑直线电机，由于两磁组板组件采用了相互呈角度布局的结构，限定了除能做轴向直线运动之外的五个自由度，电磁产生的法向力通过流体力进行平衡，结合导磁基座的磁吸力或磁推力，由此两磁组板组件或在与导磁基座之间的内流体支撑下做直线运动，或在与线圈组件之间的外流体支撑下做直线运动，进而大大减轻了可动部件的质量，在同等出力的前提下，本发明的磁组板组件要比采用传统直线轴承支撑的磁组板组件轻50%以上，显著地提高了加速度，甚至可达到780m/s2，而且简化了结构设计，安装占用空间也小，有利于防尘、防水、防电磁干扰等防护设计。

附图说明

图1是本发明流体支撑直线电机的横向纵剖图。

图2是本发明流体支撑直线电机处于初始位置状态下的轴向纵剖图。

图3是本发明流体支撑直线电机处于伸出位置状态下的轴向纵剖图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。

如图1所示，图1是本发明流体支撑直线电机的横向纵剖图，该流体支撑直线电机包括一底板110和一防护罩体120，所述防护罩体120扣合在底板110上，共同组合形成一个密闭的防尘、防水的内部空间，在该内部空间里设置有导磁基座130、第一线圈组件140、第一磁组板组件150、第二线圈组件160和第二磁组板组件170；其中，所述导磁基座130直接固定设置在底板110上，所述第一线圈组件140和第二线圈组件160通过内部结构件(181和182)与底板110相连接固定。

在本发明流体支撑直线电机的优选实施方式中，所述第一磁组板组件150与第二磁组板组件170相互垂直布置；当然，所述第一磁组板组件150与第二磁组板组件170之间只要不是0°角度的布置，例如，从30°锐角到150°钝角之间任意角度的布置，在理论上均能起到限制可动部件空间5个自由度的效果，就是定位稳定性要差些，不如90°角度布置的稳定性最好，但还是可以用在一些定位要求不是很高的场所。

具体的，所述导磁基座130位于第一磁组板组件150与第二磁组板组件170夹角的内侧，所述第一线圈组件140平行安装在第一磁组板组件150的外侧，所述第二线圈组件160平行安装在第二磁组板组件170的外侧。

在所述第一线圈组件140和第二线圈组件160内的线圈组通入不同方向、不同大小的电流时，所述第一线圈组件140与第一磁组板组件150在其运动方向上产生的电磁合力将推动该第一磁组板组件150产生运动，所述第二线圈组件160与第二磁组板组件170在其运动方向上产生的电磁合力将推动该第二磁组板组件170产生运动。

当所述第一磁组板组件150和第二磁组板组件170作轴向直线运动时，一种流体支撑结构是：所述第一磁组板组件150和第二磁组板组件170与导磁基座130之间均通过内流体支撑，如图1所示；此外，另一种流体支撑结构(图未示出)是：所述第一磁组板组件150与第一线圈组件140之间、以及第二磁组板组件170与第二线圈组件160之间均通过外流体支撑；这两种流体支撑结构中，电磁产生的法向力垂直流体面，由流体力进行平衡，结合固定的导磁基座130的磁吸力或磁推力，进而保证流体间隙。

本文中的内流体或外流体，既可以采用压缩空气流体介质，也可以采用液态流体介质。

具体的，对于内流体支撑的结构而言，如图1所示，所述第一磁组板组件150固定设置在第一磁组板框架151上，所述第一磁组板框架151设置在第一磁组板组件150与导磁基座130之间，所述第二磁组板组件170固定设置在第二磁组板框架171上，所述第二磁组板框架171设置在第二磁组板组件170与导磁基座130之间，所述第一磁组板框架151上朝向导磁基座130的一面均布有第一内流体孔(图未示出)，所述第二磁组板框架171上朝向导磁基座130的一面均布有第二内流体孔(图未示出)。

对于外流体支撑的结构而言，所述第一线圈组件140设置在第一线圈组件框架(图未示出)上，所述第一线圈组件框架位于第一线圈组件140与第一磁组板组件150之间，所述第二线圈组件160设置在第二线圈组件框架(图未示出)上，所述第二线圈组件框架位于第二线圈组件160与第二磁组板组件170之间，所述第一线圈组件框架上面向第一磁组板组件150的一面均布有第一外流体孔(图未示出)，所述第二线圈组件框架上面向第二磁组板组件170的一面均布有第二外流体孔(图未示出)。

较好的是，所述导磁基座130呈横向放置的方柱形，所述第一磁组板组件150位于导磁基座130的顶面方向，所述第二磁组板组件170位于导磁基座130的侧面方向；与所述第二磁组板组件170相对的导磁基座130的另一侧设置有位置测量组件190，所述位置测量组件190中的可动部件191与第一磁组板组件150或第二磁组板组件170联动，以提高测量的准确度。

结合图2所示，图2是本发明流体支撑直线电机处于初始位置状态下的轴向纵剖图，所述导磁基座130的内部设置有运动缓冲限位组件，所述运动缓冲限位组件包括一限位杆131和两弹性缓冲垫块(132a和132b)；所述导磁基座130的内部轴向设置有一通孔133，所述通孔133的内壁上设置有一限位凸台134，两弹性缓冲垫块(132a和132b)分别设置在该限位凸台134的两侧；另外，所述第一磁组板框架151和第二磁组板框架(图未示出)的前端均连接在一筒盖152上，所述限位杆131包括一体连接的杆部131a和限位部131b，所述杆部131a穿过限位凸台134和两弹性缓冲垫块(132a和132b)并连接在该筒盖152上。

具体的，所述限位凸台134位于所述导磁基座130的前半部分，且所述限位凸台134在通孔133的内壁上环绕一周设置，以提高限位精度和缓冲效果。

较好的是，所述防护罩体120的前端面上固定有一前端盖121，且所述防护罩体120的前端面和前端盖121上均设置有一适配筒盖152通过的端孔，在所述前端盖121的端孔孔壁上嵌装有一橡胶密封圈153，所述橡胶密封圈153的外侧倾斜向内延伸至筒盖152的外壁上，用于在静态时达到防水防尘的效果；同时，在接入压缩空气时，向外不断溢出的高压气流可吹开橡胶密封圈153的外侧，由此减小橡胶密封圈153与筒盖152外壁的接触摩擦，进而还可用于在动态时达到无摩擦又防水防尘的效果。

结合图3所示，图3是本发明流体支撑直线电机处于伸出位置状态下的轴向纵剖图，所述限位杆131的限位部131b在右侧的弹性缓冲垫块132a的限制下，保证了直线电机的有效行程，并在超出有效行程时起到缓冲限位的作用。

较好的是，所述第一线圈组件140和第二线圈组件(图未示出)分别嵌装在由非磁性材料制作的基座内，图3仅示出了嵌装第一线圈组件140的第一基座141，在所述第一基座141内设置有第一矽钢片组142、第一过热温度保护开关143和第一螺旋式冷却管144，所述第一基座141内还设置有第一绝对式位置传感器145，例如，霍尔磁性检测元件等，用于检测第一磁组板组件150的初始位置；第二线圈组件与此类似，不再赘述。

此外，所述防护罩体120的前端还设置有前密封圈122，底部设置有底密封圈123，后端还设置有后端盖124及其后密封圈125，以达到防水、防尘、防电磁干扰的作用。

应当理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案，对本领域普通技术人员来说，在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进后的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种流体支撑直线电机，其特征在于，包括：固定设置的导磁基座、第一线圈组件和第二线圈组件，以及可活动的第一磁组板组件和第二磁组板组件；所述第一磁组板组件与第二磁组板组件之间呈从锐角到钝角的角度布置，所述导磁基座位于第一磁组板组件与第二磁组板组件夹角的内侧，所述第一线圈组件平行安装在第一磁组板组件的外侧，所述第二线圈组件平行安装在第二磁组板组件的外侧；

在所述第一磁组板组件和第二磁组板组件作直线运动的状态下：

所述第一磁组板组件和第二磁组板组件与导磁基座之间均通过内流体支撑，所述第一磁组板组件固定设置在第一磁组板框架上，所述第一磁组板框架设置在第一磁组板组件与导磁基座之间，所述第二磁组板组件固定设置在第二磁组板框架上，所述第二磁组板框架设置在第二磁组板组件与导磁基座之间，所述第一磁组板框架上朝向导磁基座的一面均布有第一内流体孔，所述第二磁组板框架上朝向导磁基座的一面均布有第二内流体孔；

或者，所述第一磁组板组件与第一线圈组件之间、以及第二磁组板组件与第二线圈组件之间均通过外流体支撑。

2.根据权利要求1所述的流体支撑直线电机，其特征在于：所述第一线圈组件设置在第一线圈组件框架上，所述第一线圈组件框架位于第一线圈组件与第一磁组板组件之间，所述第二线圈组件设置在第二线圈组件框架上，所述第二线圈组件框架位于第二线圈组件与第二磁组板组件之间，所述第一线圈组件框架上面向第一磁组板组件的一面均布有第一外流体孔，所述第二线圈组件框架上面向第二磁组板组件的一面均布有第二外流体孔。

3.根据权利要求1所述的流体支撑直线电机，其特征在于：所述导磁基座的内部设置有一运动缓冲限位组件，所述运动缓冲限位组件包括一限位杆和两弹性缓冲垫块；所述导磁基座的内部轴向设置有一通孔，所述通孔的内壁上设置有限位凸台，所述弹性缓冲垫块分别设置在限位凸台的两侧；所述第一磁组板框架和第二磁组板框架的前端均连接在一筒盖上，所述限位杆包括一体连接的杆部和限位部，所述杆部穿过限位凸台和两弹性缓冲垫块并连接在筒盖上。

4.根据权利要求3所述的流体支撑直线电机，其特征在于：所述限位凸台位于所述导磁基座的前半部分，且在通孔的内壁上环绕一周。

5.根据权利要求3所述的流体支撑直线电机，其特征在于：所述导磁基座固定在一底座的内底面上，所述底座上扣合一防护罩体，所述防护罩体的前端面上固定有一前端盖，所述防护罩体的前端面和前端盖上均设置有一适配筒盖通过的端孔，所述前端盖的孔壁上嵌装有一橡胶密封圈，所述橡胶密封圈的外侧倾斜向内延伸至筒盖的外壁上。

6.根据权利要求1所述的流体支撑直线电机，其特征在于：所述第一磁组板组件与第二磁组板组件相互垂直布置。

7.根据权利要求6所述的流体支撑直线电机，其特征在于：所述导磁基座呈横向放置的方柱形，所述第一磁组板组件位于导磁基座的顶面方向，所述第二磁组板组件位于导磁基座的侧面方向。

8.根据权利要求7所述的流体支撑直线电机，其特征在于：与所述第二磁组板组件相对的导磁基座的另一侧设置有位置测量组件，所述位置测量组件中的可动部件与第一磁组板组件联动。

9.根据权利要求1所述的流体支撑直线电机，其特征在于：所述第一线圈组件和第二线圈组件分别嵌装在由非磁性材料制作的基座内，且在所述基座内设置有相应的矽钢片组、过热温度保护开关和螺旋式冷却管，所述基座内还设置有相应的绝对式位置传感器，用于检测第一磁组板组件或第二磁组板组件的初始位置。