CN104682658A - 一种无轴承直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无轴承直线电机，包括定子、动子、动子铁芯、永磁体和位移传感器，位移传感器均匀设置在动子下端四个角位置，定子设置在动子中心，动子内部下端对称安装有位于定子下方的混合磁轴承，混合轴承内设有控制线圈，控制线圈内设有永久磁铁，永磁体固定在定子顶端，定子顶端还安装有位于永磁体两侧的线性光栅尺，定子下端对称安装有正对永久磁铁的传感器靶板，动子内部顶端固定安装有正对永磁体的动子铁芯。本发明结构紧凑，成本低，可操作性较强，具有很好的线性传动引导，既能起到悬浮又能起到直线运动的作用。

Description

一种无轴承直线电机

技术领域

本发明涉及一种电机，具体是一种精密的无轴承直线电机。

背景技术

涉及微电子制造等的数控领域，对加工设备运控的控制精度和作业洁净程度的要求很高。普通直线电机所用机械直线轴承带来的磨损以及润滑油污染等不利影响；同时传统线性滑轨具有摩擦，容易造成摩擦损耗，不易达到精密定位的要求，因此系统反应慢、效率低，限制了直线电机在数控领域的应用。有鉴于此，本发明所述的没有机械轴承以及线性滑轨的直线电机，可以做到在洁净环境下高速精密控制。

采用混合磁轴承支承的无轴承直线电机，无轴承电机的动子重量可由混合磁轴承中的永久磁铁，提供足够的磁力来抵消。而当动子发生振动时，则通过控制混合磁轴承中的线圈电流，以改变永久磁铁磁通量大小来达到控制目的。中国专利号是ZL200820119378.3的发明专利说明书公开一种主动磁浮支承圆筒型直线电机，是一种采用混合磁轴承结构的直线电机。相比本发明采用混合磁轴承的非接触吸力式无轴承直线电机而言，增加了控制难度以及成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现磁悬浮的直线运动、能有效提高系统在无污染的环境下的控制精度的无轴承直线电机，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无轴承直线电机，包括定子、动子、动子铁芯、永磁体和位移传感器，所述位移传感器均匀设置在动子下端四个角位置，所述定子设置在动子中心，所述动子内部下端对称安装有位于定子下方的混合磁轴承，所述混合轴承内设有控制线圈，所述控制线圈内设有永久磁铁，所述永磁体固定在定子顶端，所述定子顶端还安装有位于永磁体两侧的线性光栅尺，所述定子下端对称安装有正对永久磁铁的传感器靶板，所述动子内部顶端固定安装有正对永磁体的动子铁芯。

作为本发明进一步的方案：所述永磁体设置有多个，且永磁体的N～S极在定子顶端相互交替设置。

作为本发明进一步的方案：所述定子采用长定子结构，所述动子采用短动子结构。

作为本发明进一步的方案：所述定子与混合磁轴承之间的标称气隙为0.5mm，定子与混合磁轴承之间的最大气隙为标成气隙的两倍，定子与动子之间的标称气隙为0.6mm。

作为本发明再进一步的方案：所述混合磁轴承之间的距离为89～91mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)省去了线性滑轨和直线轴承，但同样可以达到线性传动引导；

(2)相比于传统的依靠推力绕组和悬浮绕组支撑动子的设计方法具有成本较低，可操作性较强等优点；

(3)本发明电机结构紧凑，使动子部分既能起到悬浮又能起到直线运动的作用。

附图说明

图1为无轴承直线电机的正面示意图。

图2为无轴承直线电机的侧视示意图。

图中：1-定子；2-动子；3-动子铁芯；4-永磁体；5-传感器靶板；6-位移传感器；7-线性光栅尺；8-永久磁铁；9-控制线圈。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～2，本发明实施例中，一种无轴承直线电机，包括定子1、动子2、动子铁芯3、永磁体4和位移传感器6，位移传感器6均匀设置在动子2下端四个角位置，定子1设置在动子2中心，定子1采用长定子结构，动子2采用短动子结构，以提高动子2的直线运动加速度，动子2与定子1不可以太接近，否则有相互吸在一起的危险；动子2内部下端对称安装有位于定子1下方的混合磁轴承，混合磁轴承之间的距离为90mm，混合轴承用于平衡动子2在直线运动时倾侧运动；混合轴承内设有控制线圈9，控制线圈9内设有永久磁铁8，多个永磁体4固定在定子1顶端，且永磁体4的N～S极在定子1顶端相互交替设置，动子2运行时沿着定子1上面的永磁体4移动；定子1顶端还安装有位于永磁体4两侧的线性光栅尺7，定子1下端对称安装有正对永久磁铁8的传感器靶板5，动子2内部顶端固定安装有正对永磁体4的动子铁芯3。

动子2工作时，动子2重量可由动子2下面的混合磁轴承中的永久磁铁8提供足够的磁力抵消，产生悬浮状态，而当动子2发生振动时，则通过控制混合磁轴承中的控制线圈9电流，以改变永久磁铁8磁通量大小从而达到控制目的；在电机中通入三相电流后会在定子1和动子2上半部分中的气隙产生在直线方向呈正弦分布的行波磁场，从而实现推动动子2做直线运动，并通过线性光栅尺7感应直线位移信号。

对动子铁芯3采用i_d＝0的控制方式，与在定子1上的永磁体4的励磁磁场相互作用产生电磁推力从而实现动子铁心3的直线运动。

混合磁轴承是保证动子2在运行时处于悬浮状态，它根据位移传感器6将位移信号转换成数字信号，并将该数值信号和参考信号的差值反馈到控制系统，从而改变输出力的大小。

定子1与混合磁轴承之间的标称气隙为0.5mm，定子1与混合磁轴承之间的最大气隙为标成气隙的两倍，定子1与动子2之间的标称气隙为0.6mm。

增加定子1长度以及定子1正面和背面的永磁体阵列4即可加长行程，而不必对动子2部分改进；动子2和定子1之间的磁浮力和直线驱动力相互垂直，相互间没有耦合影响，因此可以达到快速启停，系统运动精度高。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (5)

1.一种无轴承直线电机，包括定子、动子、动子铁芯、永磁体和位移传感器，其特征在于，所述位移传感器均匀设置在动子下端四个角位置，所述定子设置在动子中心，所述动子内部下端对称安装有位于定子下方的混合磁轴承，所述混合轴承内设有控制线圈，所述控制线圈内设有永久磁铁，所述永磁体固定在定子顶端，所述定子顶端还安装有位于永磁体两侧的线性光栅尺，所述定子下端对称安装有正对永久磁铁的传感器靶板，所述动子内部顶端固定安装有正对永磁体的动子铁芯。

2.根据权利要求1所述的无轴承直线电机，其特征在于，所述永磁体设置有多个，且永磁体的N～S极在定子顶端相互交替设置。

3.根据权利要求1所述的无轴承直线电机，其特征在于，所述定子采用长定子结构，所述动子采用短动子结构。

4.根据权利要求1所述的无轴承直线电机，其特征在于，所述定子与混合磁轴承之间的标称气隙为0.5mm，定子与混合磁轴承之间的最大气隙为标成气隙的两倍，定子与动子之间的标称气隙为0.6mm。

5.根据权利要求1所述的无轴承直线电机，其特征在于，所述混合磁轴承之间的距离为89～91mm。