CN106887939A - 一种开关磁通永磁直线电动机进给装置 - Google Patents

一种开关磁通永磁直线电动机进给装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种开关磁通永磁直线电动机进给装置，至少包括：装置机座、进给滑台、初级动子模块、次级定子、导轨滑块、直线导轨、光栅尺、光栅尺读数头及次级铁心压板。所述进给滑台底部沿轴向中心线设置有两个相同的初级动子模块，两个初级动子模块相互间隔一定距离实现电机磁场的对称互补。所述装置机座沿轴向中心线设置有次级定子，所述次级定子（4）由硅钢片叠压而成一个整体。由所述的初级动子模块与次级定子之间产生的电磁推力驱动所述进给滑台在所述装置机座上实现轴向进给运动。本发明直线电机在高精度大推力长行程驱动的直线电机领域具有更好的工作性能。

Description

一种开关磁通永磁直线电动机进给装置
技术领域
本发明属于高精度大推力长行程驱动直线进给装置领域，特别涉及一种开关磁通永磁直线电动机进给装置。
背景技术
现今永磁直线同步电动机凭借高速度、高加速度、响应速度快、定位精度高等优良性能已广泛应用于各类数控机床的进给系统当中。但较之传统的“旋转伺服电机+滚珠丝杠”的主轴直线驱动方式，仍然存在效率低、推力波动大、电机成本高昂等缺点，难以广泛应用在高精度大推力长行程驱动直线进给领域。
鉴于以上技术问题，实有必要提供一种可以克服上述缺陷的新型高精度大推力直线电机，从而降低直线进给系统的造价，提高设备运行性能和效率。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提出一种推力密度大，推力波动小，定位精度高，材料用量少，结构鲁棒性强，适用于长行程的开关磁通永磁直线电动机进给装置。
本发明通过同相绕组的磁路互补设计，可以减小推力纹波，提高推力精度；通过初级动子模块端部磁钢的设置，可以削弱边端效应；通过将永磁体和绕组线圈设置在电机短初级动子上，长次级定子只设置铁心，使直线电机永磁体等材料用量大大降低，鲁棒性增强。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种开关磁通永磁直线电动机进给装置，其特征是：至少包括：装置机座、进给滑台、初级动子模块、次级定子、导轨滑块、直线导轨、光栅尺、光栅尺读数头及次级铁心压板；装置机座为长方形结构，装置机座沿宽度两端固定直线导轨，直线导轨沿长度方向分布，直线导轨之间由次级铁心压板固定所述的次级定子；所述初级动子模块有两个，其结构相同，两个初级动子模块之间有间隔，间隔使得同相绕组的磁路互补，减小推力波动；在进给滑台的侧边有光栅尺读数头，直线导轨侧有光栅尺，光栅尺和直线导轨平行固定，光栅尺读数头随进给滑台沿着光栅尺运动，实时检测初级动子的运动位置。
所述的进给滑台下端四个角位置处分别安装有导轨滑块，通过导轨滑块在直线导轨的运动实现直线电机的直接驱动。
所述初级动子模块包括初级铁心、绕组线圈、永磁体和初级铁心压板，其中永磁体包括中间磁钢和端部磁钢，所述初级铁心由初级铁心压板固定在所述进给滑台下，所述初级铁心凹槽分为中间大槽，中间小槽和端部槽；所述绕组线圈放置在初级铁心的中间小槽中，所述中间磁钢放置在初级铁心的中间大槽中，所述端部磁钢放置在初级铁心的端部槽中。
所述端部磁钢用于削弱边端效应。
所述中间磁钢和端部磁钢沿运动方向充磁，相邻两个磁钢充磁方向相反；所述初级铁心的每个中间小槽中有一个绕组线圈，每个线圈横跨在相邻两个中间小槽中，即两个初级动子模块都设置有三个绕线线圈，依次为A、B、C三相，两个初级动子模块中的同相线圈其绕线方向相反，并串联连接成对。
本发明具有以下优点：本发明通过仅由次级铁心构成的长次级定子结构，把次级铁心铺设在装置机座上，大大降低了永磁磁钢材料的使用量和电机的造价，尤其适合长行程的直线驱动领域；动子铁心相比于一般的U型铁心，其结构紧凑，装配简单；两个动子铁心模块间错开一定的间隔，使得同相绕组间的磁路互补，从而减小推力波动；动子铁心模块设置端部磁钢，可以削弱边端效应的影响。因此，相比现有的直线电机，本发明直线电机在高精度大推力长行程驱动的直线电机领域具有更好的工作性能。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步具体说明：
图1是本发明一种开关磁通永磁直线电动机进给装置的整体结构示意图；
图2是图1中本发明直线电机初级动子的三维结构示意图；
图3是图1中本发明直线电机初级动子单模块的三维结构示意图；
图4是图1中本发明直线电机初级铁心硅钢片结构示意图；
图5是图1中本发明直线电机次级定子的三维结构示意图。
图中，1、装置机座，2、进给滑台，3、初级动子模块，4、次级定子，5、导轨滑块，6、直线导轨，7、光栅尺，8、光栅尺读数头， 9、次级铁心压板。
具体实施方式
实施例1
一种开关磁通永磁直线电动机进给装置，其特征是：至少包括：装置机座1、进给滑台2、初级动子模块3、次级定子4、导轨滑块5、直线导轨6、光栅尺7、光栅尺读数头8及次级铁心压板9；装置机座1为长方形结构，装置机座1沿宽度两端固定直线导轨6，直线导轨6沿长度方向分布，直线导轨6之间由次级铁心压板9固定所述的次级定子4；所述初级动子模块3有两个，其结构相同，两个初级动子模块之间有间隔，间隔使得同相绕组的磁路互补，减小推力波动；在进给滑台2的侧边有光栅尺读数头8，直线导轨6侧有光栅尺7，光栅尺7和直线导轨6平行固定，光栅尺读数头8随进给滑台2沿着光栅尺7运动，实时检测初级动子的运动位置。
实施例2
参阅图1和图2所示，一种开关磁通永磁直线电动机进给装置，至少包括：装置机座1、进给滑台2、初级动子模块3、次级定子4、导轨滑块5、直线导轨6、光栅尺7、光栅尺读数头8及次级铁心压板9；装置机座1为长方形结构，装置机座1沿宽度两端固定直线导轨6，直线导轨6沿长度方向分布，直线导轨6之间由次级铁心压板9固定所述的次级定子4；
（见图2）所述初级动子模块3有两个，其结构相同，两个初级动子模块之间有间隔，间隔使得同相绕组的磁路互补，减小推力波动。
如图1和图5所示，所述的进给滑台2下端四个角位置处分别安装有导轨滑块5，通过导轨滑块5在直线导轨6的运动实现直线电机的直接驱动。在进给滑台2的侧边有光栅尺读数头8，直线导轨6侧边有光栅尺7，光栅尺7和直线导轨6平行固定，光栅尺读数头8随进给滑台2沿着光栅尺7运动，实时检测初级动子的运动位置。
结合图2、图3和图4所示，所述初级动子模块3包括初级铁心301、绕组线圈302、永磁体和初级铁心压板305，其中永磁体包括中间磁钢303和端部磁钢304，所述初级铁心301由初级铁心压板305固定在所述进给滑台2下。
如图4所示，初级铁心301凹槽为均匀间隔分布，凹槽分为端部槽308、中间大槽306和中间小槽307，中间大槽306比中间小槽307槽长度长，两个中间小槽307之间有一个中间大槽306；所述绕组线圈302放置在初级铁心301的中间小槽307中，所述中间磁钢303放置在初级铁心301的中间大槽306中，所述端部磁钢304放置在初级铁心301的端部槽308中。所述端部磁钢304用于削弱边端效应。
所述中间磁钢303和端部磁钢304沿运动方向充磁，相邻两个磁钢充磁方向相反；所述初级铁心301的每个中间小槽307中有一个绕组线圈302，每个线圈横跨在相邻两个中间小槽307中，即两个初级动子模块2都设置有三个绕线线圈302，依次为A、B、C三相，两个初级动子模块2中的同相线圈其绕线方向相反，并串联连接成对。
本发明通过仅由次级铁心构成的长次级定子结构，把次级铁心铺设在装置机座上，大大降低了永磁磁钢材料的使用量和电机的造价，尤其适合长行程的直线驱动领域；动子铁心相比于一般的U型铁心，其结构紧凑，装配简单；两个动子铁心模块间错开一定的间隔，使得同相绕组间的磁路互补，从而减小推力波动；动子铁心模块设置端部磁钢，可以削弱边端效应的影响。因此，相比现有的直线电机，本发明直线电机在高精度大推力长行程驱动的直线电机领域具有更好的工作性能。
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。

Claims (4)

1.一种开关磁通永磁直线电动机进给装置，其特征是：至少包括：装置机座（1）、进给滑台（2）、初级动子模块（3）、次级定子（4）、导轨滑块（5）、直线导轨（6）、光栅尺（7）、光栅尺读数头（8）及次级铁心压板（9）；所述进给滑台（2）底部沿轴向中心线设置有两个相同的初级动子模块（3），两个初级动子模块（3）相互间隔一定距离实现电机磁场的对称互补；所述装置机座（1）沿轴向中心线设置有次级定子（4）；由所述的初级动子模块（3）与次级定子（4）之间产生的电磁推力驱动所述进给滑台（2）在所述装置机座（1）上实现轴向进给运动；
所述初级动子模块（3）包括初级铁心（301）、绕组线圈（302）、中间磁钢（303）、端部磁钢（304）和初级铁心压板（305）；所述初级铁心（301）由硅钢片叠压而成一个整体，由初级铁心压板（305）固定在所述进给滑台（2）上；所述初级铁心（301）设置有中间大槽（306），中间小槽（307）和端部槽（308）；所述中间磁钢（303）放置在初级铁心（301）的中间大槽（306）中，所述绕组线圈（302）沿所述中间磁钢（303）两侧的中间小槽（307）缠绕在所述初级铁心（301）上，所述端部磁钢（304）放置在所述端部槽（308）中；
所述次级定子（4）由硅钢片叠压而成一个整体，由次级铁心压板（9）固定在所述装置机座（1）上。
2.根据权利要求1所述的一种开关磁通永磁直线电动机进给装置，其特征是：所述中间磁钢（303）和端部磁钢（304）沿运动方向充磁，相邻两个磁钢充磁方向相反；所述端部磁钢（304）与中间磁钢（303）厚度不相同，削弱直线电机的纵向边端效应；所述两个初级动子模块（2）上都设置有三个绕线线圈（302），依次为A、B、C三相，两个初级动子模块（2）中的同相线圈其绕线方向相反，并串联连接成对。
3.根据权利要求1所述的一种开关磁通永磁直线电动机进给装置，其特征是：所述进给滑台（2）底部四角分别设置有导轨滑块（5），所述次级定子（4）横向两侧设置有直线导轨（6）；所述导轨滑块（5）在所述直线导轨（6）上滑动，实现所述进给滑台（2）在所述装置机座（1）上进给运动的导向。
4.根据权利要求1所述的一种开关磁通永磁直线电动机进给装置，其特征是：所述装置机座（1）一侧轴向设置有光栅尺（7），所述进给滑台（2）同侧边设置有光栅尺读数头（8），所述光栅尺读数头（8）随进给滑台（2）沿光栅尺（7）轴向运动，实时检测所述进给滑台（2）的运动位置。
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