CN103944345B - 一种轴向推进变频振动用的双凸极谐波直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴向推进变频振动用的双凸极谐波直线电机，包括：双凸极谐波推力直线电机的定子部分由定子轭部套筒，定子齿环，永磁体环，定子槽环和绕组线圈组成，动子凸极套筒为电机动子部分。当绕组线圈通入带谐波分量的正弦波电流，谐波直线电机定子部分和动子部分之间产生带谐波脉动的电磁推力，使所述动子凸极套筒驱动工件顶轴沿轴向进给的同时产生轴向振动。通过改变输入电流谐波分量的频率和幅值，实现调频调幅振动。本发明一种花键轴滚轧塑性成形的轴向推进变频振动用的双凸极谐波直线电机，可作为直接激振源在工件推进的同时施加变频振动，且控制简单，鲁棒性强，大大提高花键轴滚轧加工的质量和效率。

Description

一种轴向推进变频振动用的双凸极谐波直线电机

技术领域

本发明属于用于花键轴滚轧塑性成形的工件进给驱动领域，具体涉及一种轴向推进变频振动用的双凸极谐波直线电机。

背景技术

在目前的花键轴滚轧塑性成形研究发现，在花键工件进给的同时施加轴向振动，能有效降低工件在塑性成形中的变形抗力，不仅降低整个设备的加工功率，同时成形速度快，成形质量好。现有的花键轴滚轧设备的工件推进普遍由液压系统实现，无法施加轴向振动，实现低应力高性能的塑性加工。采用永磁同步直线电机直接驱动的方式虽然能依据伺服控制实现轴向的往复振动，但这种方式大大增加电机的发热量，效率低，鲁棒性能差，而且容易使永磁体产生退磁现象。因此，现有的花键轴滚轧塑性成形的工件进给系统实现变频振动的施加存在非常大的困难。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种轴向推进变频振动用的双凸极谐波直线电机，该电机的发热量少、效率高、鲁邦性能强，同时可以实现花键工件进给的轴向变频振动。

为达到上述目的，本发明所述的轴向推进变频振动用的双凸极谐波直线电机包括工件顶轴、定子部件、动子端盖、动子凸极套筒、定子安装套筒、定子轭部套筒、机座、压板以及用于驱动工件顶轴的旋转的电主轴模块；

所述定子部件安装于定子轭部套筒内，动子凸极套筒套接于工件顶轴后端的侧面，电主轴模块固定于工件顶轴的前端，动子凸极套筒位于定子部件内，动子凸极套筒两端的内侧分别设有第一轴承及第二轴承，动子凸极套筒的后端通过动子端盖及第二轴承轴向固定于工件顶轴的侧面，动子凸极套筒的前端通过第二轴承轴向固定于工件顶轴的侧面；

所述定子轭部套筒的两端分别设有定子后端盖及定子前端盖，定子前端盖上连接有第三轴承，定子轭部套筒的前端与机座通过定子安装套筒相连接，工件顶轴后端的内侧设置有导套圆筒，压板固定于导套圆筒后端的侧面，压板与定子后端盖相连接；

所述定子部件包括若干定子模块，所有定子模块沿轴向设置于定子轭部套筒的内侧，定子模块包括第一定子齿环、第二定子齿环、第三定子齿环、三个绕组线圈、第一定子槽环、第二定子槽环及永磁体环，第一定子槽环及第二定子槽环分别设于第一定子齿环与第二定子齿环之间以及第二定子齿环与第三定子齿环之间，永磁体环设于该定子模块中第三定子齿环与相邻定子模块中第一定子齿环之间，第一个绕组线圈设于第一定子齿环、第二定子齿环及第一定子槽形成的环形凹槽内，第二个绕组线圈设置于第二定子齿环、第三定子齿环及第二定子槽环形成的环形凹槽内，第三个绕组线圈设置于该定子模块中的第三定子齿环、永磁体及相邻定子模块中第一定子齿环形成的环形凹槽中，永磁体环沿轴向磁化，相邻两个永磁体环的磁化方向相反，相邻的三个绕组线圈为一组三相绕组，所有三相绕组中同一相的绕组线圈沿轴向串联连接。

所述第一轴承、第二轴承及第三轴承均为圆锥滚子轴承。

所述压板通过第一锁紧螺母固定于导套圆筒后端的侧面。

所述工件顶轴外侧设置有两个相互对称的滑键。

所述压板的外侧设置有拉绳式位移传感器，拉绳式位移传感器与动子端盖连接。

所述动子端盖的前端与第一轴承的后端相接触，动子端盖通过第二锁紧螺母固定于工件顶轴的侧面。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述轴向推进变频振动用的双凸极谐波直线电机直接驱动工件顶轴轴向推进，省去一切中间传动环节，使整体系统结构简单，效率高，动态响应快。所述轴向推进变频振动用的双凸极谐波直线电输入带谐波分量的正弦波电流能产生谐波脉动推力，通过改变谐波分量的频率和幅值，实现工件顶轴的轴向变频振动，振动施加的方式简单，调频调幅性能好。同时永磁体环和绕组线圈设置在定子齿环及定子槽环之间，有利于散热，鲁棒性强。因此，本发明所述的轴向推进变频振动用的双凸极谐波直线电可应用于实现花键工件轴向推进的同时施加变频振动，从而大大提高花键轴滚轧塑性成形的加工质量和效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中定子部件的结构示意图；

图3为本发明中动子部件的结构示意图。

其中，1为工件顶轴、2为机座、3为电主轴模块、4为定子前端盖、5为第三轴承、6为定子安装套筒、7为定子轭部套筒、81为第一定子齿环、82为第二定子齿环、83为第三定子齿环、9为永磁体环、101为第一定子槽环、102为第二定子槽环、11为绕组线圈、12为滑键、13为动子凸极套筒、14为导套圆筒、151第一轴承、152为第二轴承、16为动子端盖、17为压板、18为定子后端盖、19为拉绳式位移传感器、201为第一锁紧螺母、202为第二锁紧螺母。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1、图2及图3，本发明所述的轴向推进变频振动用的双凸极谐波直线电机包括工件顶轴1、定子部件、动子端盖16、动子凸极套筒13、定子安装套筒6、定子轭部套筒7、机座2、压板17以及用于驱动工件顶轴1的旋转的电主轴模块3；所述定子部件安装于定子轭部套筒7内，动子凸极套筒13套接于工件顶轴1后端的侧面，电主轴模块3固定于工件顶轴1的前端，动子凸极套筒13位于定子部件内，动子凸极套筒13两端的内侧分别设有第一轴承151及第二轴承152，动子凸极套筒13的后端通过动子端盖16及第二轴承152轴向固定于工件顶轴1的侧面，动子凸极套筒13的前端通过第二轴承152轴向固定于工件顶轴1的侧面；所述定子轭部套筒7的两端分别设有定子后端盖18及定子前端盖4，定子前端盖4上连接有第三轴承5，定子轭部套筒7的前端与机座2通过定子安装套筒6相连接，工件顶轴1后端的内侧设置有导套圆筒14，压板17固定于导套圆筒14后端的侧面，压板17与定子后端盖18相连接；所述定子部件包括若干定子模块，所有定子模块沿轴向设置于定子轭部套筒7的内侧，定子模块包括第一定子齿环81、第二定子齿环82、第三定子齿环83、三个绕组线圈11、第一定子槽环101、第二定子槽环102及永磁体环9，第一定子槽环101及第二定子槽环102分别设于第一定子齿环81与第二定子齿环82之间以及第二定子齿环82与第三定子齿环83之间，永磁体环9设于该定子模块中第三定子齿环83与相邻定子模块中第一定子齿环81之间，第一个绕组线圈11设于第一定子齿环81、第二定子齿环82及第一定子槽101形成的环形凹槽内，第二个绕组线圈11设置于第二定子齿环82、第三定子齿环83及第二定子槽环102形成的环形凹槽内，第三个绕组线圈11设置于该定子模块中的第三定子齿环83、永磁体及相邻定子模块中第一定子齿环81形成的环形凹槽中，永磁体环9沿轴向磁化，相邻两个永磁体环9的磁化方向相反，相邻的三个绕组线圈11为一组三相绕组，所有三相绕组中同一相的绕组线圈11沿轴向串联连接。

需要说明的是，所述第一轴承151、第二轴承152及第三轴承5均为圆锥滚子轴承，压板17通过第一锁紧螺母201固定于导套圆筒14后端的侧面，工件顶轴1外侧设置有两个相互对称的滑键12，压板17的外侧设置有拉绳式位移传感器19，拉绳式位移传感器19与动子端盖16连接，动子端盖16的前端与第一轴承151的后端相接触，动子端盖16通过第二锁紧螺母202固定于工件顶轴1的侧面。

所述动子凸极套筒13设置于所述工件顶轴1后端的外侧，所述动子凸极套筒13两端的内侧分别设置有第一轴承151及第二轴承152；所述动子凸极套筒13通过第一轴承151、第二轴承152、动子端盖16及第二锁紧螺母202固定于工件顶轴1上。所述工件顶轴1后端部的内侧设置有导套圆筒14，用于所述动子凸极套筒13的进给支承，所述导套圆筒14后端设置有压板17。所述压板17外侧设置拉绳式位移传感器19，所述拉绳式位移传感器19与所述动子端盖16连接用于测量所述工件顶轴1的轴向进给位移和速度。

所述本发明所述的轴向推进变频振动用的双凸极谐波直线电机在拓扑结构上属于双凸极通电机，当绕组线圈11输入带谐波分量的正弦波电流时，输出推力含谐波脉动分量。以5次谐波分量为例，在三相正弦波基波上叠加5次谐波分量的电流，输入到三相绕组线圈11中，电机产生在稳定的基波电磁推力上叠加有5次谐波的推力脉动，且脉动的幅度和频率稳定。通过改变电流谐波分量的幅值和频率，输出的推力脉动幅度和频率也相应改变，实现变频振动。

以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种轴向推进变频振动用的双凸极谐波直线电机，其特征在于，包括工件顶轴(1)、定子部件、动子端盖(16)、动子凸极套筒(13)、定子安装套筒(6)、定子轭部套筒(7)、机座(2)、压板(17)以及用于驱动工件顶轴(1)的旋转的电主轴模块(3)；

所述定子部件安装于定子轭部套筒(7)内，动子凸极套筒(13)套接于工件顶轴(1)后端的侧面，电主轴模块(3)固定于工件顶轴(1)的前端，动子凸极套筒(13)位于定子部件内，动子凸极套筒(13)两端的内侧分别设有第一轴承(151)及第二轴承(152)，动子凸极套筒(13)的后端通过动子端盖(16)及第一轴承(151)轴向固定于工件顶轴(1)的侧面，动子凸极套筒(13)的前端通过第二轴承(152)轴向固定于工件顶轴(1)的侧面；

所述定子轭部套筒(7)的两端分别设有定子后端盖(18)及定子前端盖(4)，定子前端盖(4)上连接有第三轴承(5)，定子轭部套筒(7)的前端与机座(2)通过定子安装套筒(6)相连接，工件顶轴(1)后端的内侧设置有导套圆筒(14)，压板(17)固定于导套圆筒(14)后端的侧面，压板(17)与定子后端盖(18)相连接；

所述定子部件包括若干定子模块，所有定子模块沿轴向设置于定子轭部套筒(7)的内侧，定子模块包括第一定子齿环(81)、第二定子齿环(82)、第三定子齿环(83)、三个绕组线圈、第一定子槽环(101)、第二定子槽环(102)及永磁体环(9)，第一定子槽环(101)及第二定子槽环(102)分别设于第一定子齿环(81)与第二定子齿环(82)之间以及第二定子齿环(82)与第三定子齿环(83)之间，永磁体环(9)设于该定子模块中第三定子齿环(83)与相邻定子模块中第一定子齿环(81)之间，第一个绕组线圈设于第一定子齿环(81)、第二定子齿环(82)及第一定子槽环(101)形成的环形凹槽内，第二个绕组线圈设置于第二定子齿环(82)、第三定子齿环(83)及第二定子槽环(102)形成的环形凹槽内，第三个绕组线圈设置于该定子模块中的第三定子齿环(83)、永磁体环(9)及相邻定子模块中第一定子齿环(81)形成的环形凹槽中，永磁体环(9)沿轴向磁化，相邻两个永磁体环(9)的磁化方向相反，相邻的三个绕组线圈为一组三相绕组，所有三相绕组中同一相的绕组线圈沿轴向串联连接。

2.根据权利要求1所述的轴向推进变频振动用的双凸极谐波直线电机，其特征在于，所述第一轴承(151)、第二轴承(152)及第三轴承(5)均为圆锥滚子轴承。

3.根据权利要求1所述的轴向推进变频振动用的双凸极谐波直线电机，其特征在于，所述压板(17)通过第一锁紧螺母(201)固定于导套圆筒(14)后端的侧面。

4.根据权利要求1所述的轴向推进变频振动用的双凸极谐波直线电机，其特征在于，所述工件顶轴(1)外侧设置有两个相互对称的滑键(12)。

5.根据权利要求1所述的轴向推进变频振动用的双凸极谐波直线电机，其特征在于，所述压板(17)的外侧设置有拉绳式位移传感器(19)，拉绳式位移传感器(19)与动子端盖(16)连接。

6.根据权利要求1所述的轴向推进变频振动用的双凸极谐波直线电机，其特征在于，所述动子端盖(16)的前端与第一轴承(151)的后端相接触，动子端盖(16)通过第二锁紧螺母(202)固定于工件顶轴(1)的侧面。