CN109412376A - 一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机 - Google Patents

一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机 Download PDF

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Abstract

一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机，属于通用机械技术领域，结构上由固定轨基座、混合磁悬浮装置以及直线电机驱动部分组成，其中磁悬浮悬浮装置由线圈、永久磁体、铁芯和电涡流传感器组成，结构新颖，通过电涡流传感器检测导轨上下、左右的位移变化，将检测到的数据传送给处理器，处理器计算以后再发送调节信号给线圈，调节电流大小，让导轨间隙处于控制范围内，保证混合悬浮装置以及磁悬浮支架的工作位置，可用于数控机床、自动化立体仓库、流水线等各类直线输送机的直线运动工作场合，具有无摩擦阻力小、噪声低、高速高效、悬浮运行平稳的特性，结构更加紧凑，占用空间小，在降低制造成本的同时，磁悬浮电机性能优势得到了进一步的提升。

Description

一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机
技术领域
本发明属于通用机械技术领域，涉及一种用于数控机床、自动化立体仓库、流水线作业的直线电机，具体的说是涉及一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机。
背景技术
磁悬浮技术从上世纪已经问世以来就引起广泛行业的关注，应用广泛，尤其在列车行业取得了很大的成果，同时磁悬浮技术也在其他行业延伸，普通电机工作因为接触原因，摩擦噪声大，效率低，轴承运动速度受限，同时带来的污染也不可忽略，从经济利益最大化角度来看，混合磁悬浮电机因其具有噪音小，环保，效率高一系列的优点被开发使用，充分利用线圈通电产生磁场，自动悬浮，实现平稳运行，安装位移监测装置可以及时监测悬浮装置运行状况，由于摩擦极小，不需润滑，电机可以实现更高的转速。部分非接触性磁悬浮装置设计结构虽然能够解决部分传统电机弊端问题，但是由于机构不够完善，磁铁和线圈使用数量大，利用的空间多，这样增大了机器的尺寸，同样价格也会很高，弊端还是很大，悬浮波动使得运行不够平稳，线圈磁铁装置分布不合理，没有将磁悬浮电机优势充分发掘出来。
发明内容
本发明的目的是针对传统直线电机摩擦噪声大、效率低、轴承运动速度受限，而现有的非接触性磁悬浮装置虽能够解决部分传统电机弊端问题，但由于结构上存在缺陷，磁铁和线圈使用数量大，线圈磁铁装置分布不合理，悬浮波动使得运行不够平稳，占用空间多，增大了装置整体的尺寸，制造成本居高不下等不足，提出一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机，以解决现有技术中存在的不足，对磁悬浮导轨直线电机的内部结构进行了改变，在降低制造成本的同时，可将磁悬浮电机性能优势得到进一步的提升。
本发明的技术方案是：一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机，包括设置在地面或机架上的固定轨基座；其特征在于：所述固定轨基座两内侧设有楔形凸块，所述楔形凸块中部设有凹槽，所述凹槽内设有软铁，所述固定轨基座上端设有磁悬浮支架，所述磁悬浮支架两侧设有中空腔室，所述中空腔室的外侧面设有楔形开口，所述磁悬浮支架上的楔形开口与固定轨基座内侧的楔形凸块形成悬浮连接；所述磁悬浮支架两侧的中空腔室内均设有混合磁悬浮装置，所述混合磁悬浮装置由内铁芯、中间铁芯、外铁芯、第一线圈、第二线圈、第三线圈、永久磁体和电涡流传感器组成；所述外铁芯设置在所述中空腔室内，所述永久磁体、内铁芯和外铁芯均通过塑料支架与所述外铁芯的内壁相连接，所述第一线圈缠绕设置在所述外铁芯的上端，所述第二线圈缠绕设置在所述外铁芯的下端，所述第三线圈缠绕设置在所述内铁芯的外部，所述内铁芯与所述软铁之间设有间隙，所述电涡流传感器设置在所述磁悬浮支架内部，所述电涡流传感器的端面与楔形凸块的楔形面相平行，所述固定轨基座内底面设有定子，所述磁悬浮支架内底面设有动子，所述定子和动子滑动连接进行切割磁感线运动。
所述软铁镶嵌固定在楔形凸块的凹槽中。
所述定子固定设置在固定轨基座的居中位置，动子固定设置在磁悬浮支架的居中位置。
所述外铁芯呈开口的C字型，外铁芯开口处的上下底面与磁悬浮支架楔形开口的底面齐平，外铁芯开口处的上下底面与软铁的上下底面设有0.5mm的间隙。
所述内铁芯与软铁之间设有间隙，其间隙值为0.5mm。
所述中间铁芯与内铁芯相互垂直设置。
所述电涡流传感器的端面与固定轨基座的末端楔形面平行，顶端设有用于传感器导线连接用通孔。
本发明的有益效果为：本发明提供的一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机，结构上由固定轨基座、混合磁悬浮装置以及直线电机驱动部分组成，其中磁悬浮悬浮装置由线圈、永久磁体、铁芯和电涡流传感器组成，通过电涡流传感器检测导轨上下、左右的位移变化，将检测到的数据传送给处理器，处理器计算以后再发送调节信号给线圈，调节电流大小，让导轨间隙处于控制范围内，保证混合悬浮装置以及磁悬浮支架的工作位置，可用于数控机床、自动化立体仓库、流水线等各类直线输送机的直线运动工作场合，具有无摩擦阻力小、噪声低、高速高效、悬浮运行平稳的特性，结构更加紧凑，占用空间小，在降低制造成本的同时，磁悬浮电机性能优势得到了进一步的提升。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明中混合悬浮装置结构示意图。
图3为本发明竖直悬浮原理结构示意图。
图4为本发明横向悬浮原理结构示意图。
图5为本发明横向悬浮放大示意图。
图中：磁悬浮支架1、电涡流传感器2、塑料片3、软铁4、固定轨基座5、定子6、第二线圈7、永久磁体8、内铁芯9、第三线圈10、塑料支架11、外铁芯12、第一线圈13、动子14、中间铁芯15。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1-2所示，一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机，包括设置在地面或机架上的固定轨基座5，固定轨基座5两内侧设有楔形凸块，楔形凸块中部设有凹槽，凹槽内设有软铁4，固定轨基座5上端设有磁悬浮支架1，磁悬浮支架1两侧设有中空腔室，中空腔室的外侧面设有楔形开口，磁悬浮支架1上的楔形开口与固定轨基座5内侧的楔形凸块形成悬浮连接；磁悬浮支架1两侧的中空腔室内均设有混合磁悬浮装置，混合磁悬浮装置由内铁芯9、中间铁芯15、外铁芯12、第一线圈13、第二线圈7、第三线圈10、永久磁体8和电涡流传感器2组成；外铁芯12设置在中空腔室内，永久磁体8、内铁芯9和外铁芯12均通过塑料支架11与外铁芯12的内壁相连接，第一线圈13缠绕设置在外铁芯12的上端，第二线圈7缠绕设置在外铁芯12的下端，第三线圈10缠绕设置在内铁芯9的外部，内铁芯9与软铁4之间设有间隙，电涡流传感器2设置在磁悬浮支架1内部，电涡流传感器2的端面与楔形凸块的楔形面相平行，固定轨基座5内底面设有定子6，磁悬浮支架1内底面设有动子14，定子6和动子14滑动连接进行切割磁感线运动。
如图1-2所示，一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机，固定轨基座5通过螺栓固定在机架或地面上，左右两端呈楔形状，软铁4嵌在固定轨基座5末端楔形的凹槽里面，起到定位作用。定子6固定安装于固定轨基座5的中心对称位置，动子14安装于磁悬浮支架1中心对称位置，工作时动子线圈通电产生驱动力，实现直线电机往复运动。混合磁悬浮装置对称安装于磁悬浮支架1的两侧，每侧有两个装置。外铁芯12开口处是两个上下平行的端面且两个端面与软铁4上下两个面平行，每对混合磁悬浮装置的导轨面与固定轨基座5的上下轨面对称安装且与软铁4的上下面保持0.5mm的距离，同时与嵌在外铁芯12开口处的内铁芯9的侧面保持0.5mm的距离。每个混合悬浮装置由3组线圈、1个永久磁体、3个铁芯组成，并安装在移动悬浮支架1上，3组线圈分别围绕在外铁芯12的上下部以及内铁芯9外表面，中间铁芯15与外铁芯12垂直交叉，安装在内铁芯9上面，可以防止漏磁耦合现象。永久磁体8与内铁芯9、中间铁芯15通过塑料支架11固定安装在外铁芯12的中间腔室部位，整体结构呈E字形。两个电涡流传感器2的工作端面分别平行于固定轨基座5的对应楔形面。由8个相同的电涡流传感器分别安装在4个混合磁悬浮装置旁的磁悬浮支架1的上下方楔形面内，电涡流传感器端面与固定轨基座5末端的楔形面平行，顶端开出通孔，作为传感器导线的通道。动子14安装在磁悬浮支架1下方的中间位置，定子6安装在固定轨基座5中间位置，电机工作时转子14与定子6切割磁感应线，混合磁悬浮电机做往复直线运动得以实现。
如图2、图3所示，一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机的竖直悬浮工作原理如下：由永久磁体产生的两条磁路，一条为永久磁体8顺着外铁芯12上半部分产生顺时针的磁路，另一条是顺着外铁芯12下半部分产生逆时针的磁路，两条磁路由永久磁体8产生的磁感应强度在软铁部分大小相同。当A-A和B-B处间隙没有发生变化，即稳定悬浮状态下时，此时第二线圈7、第一线圈13电流为零，但由于磁悬浮支架1本身的重量以及其它的外界干扰，上下位移发生变化，当上方间隙增大时，此时通过安装于磁悬浮装置内的电涡流传感器2反馈竖直方向的位移偏差，传感器检测出这一位移信号变换成第二线圈7、第一线圈13的控制电流i1信号，电流i1经过围绕在外铁芯12上的第二线圈7、第一线圈13产生电磁磁通ΔΦ1，形成第三条磁路，上方电磁磁通ΔΦ1与永磁磁通Φ1方向相同，总磁通量增加变为Φ1+ΔΦ1，下方电磁磁通与永磁磁通方向不相同，总磁通量减少变为Φ1-ΔΦ1，由于上下方总磁通不同，形成不同大小的磁拉力，即F1＞F2，所以A-A处间隙减小，磁悬浮悬浮装置整体向上移动，恢复到控制范围内。下方B-B处位移增大时，同理。通过控制第二线圈7、第一线圈13的控制电流大小，改变在轨道上下处磁路产生的磁通大小，调节悬浮力，进而恢复磁悬浮悬浮装置到电机支架的初始位置。磁场吸力与磁通关系如下：
如图2、图4所示，一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机的横向悬浮工作原理如下：永久磁体8对软铁4产生永磁磁通量Φ2，第三线圈10的电流i2为零，左右间隙为g0，当受到外界干扰，左右间隙发生偏移，假设右边间隙g＞g0，此时传感器检测到位移的变化，增大磁悬浮支架两端混合磁悬浮装置中第三线圈10的电流i2，右侧永磁磁通量Φ2和电磁磁通量ΔΦ2方向相同，经过中间铁芯15形成闭合回路，总磁通量变为Φ2+ΔΦ2；左侧永磁磁通量Φ2和电磁磁通量ΔΦ2方向相反，总磁通量变为Φ2-ΔΦ2，左右两侧的总磁通量差异导致两端的吸力不同，即F3＞F4，从而导致右侧间隙减小，使导轨间隙恢复到控制范围内。当左侧位移增大时，经过同样的调解使导轨间隙恢复到控制范围内。磁场吸力与磁通关系如下：

Claims (7)

1.一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机，包括设置在地面或机架上的固定轨基座(5)；其特征在于：所述固定轨基座(5)两内侧设有楔形凸块，所述楔形凸块中部设有凹槽，所述凹槽内设有软铁(4)，所述固定轨基座(5)上端设有磁悬浮支架(1)，所述磁悬浮支架(1)两侧设有中空腔室，所述中空腔室的外侧面设有楔形开口，所述磁悬浮支架(1)上的楔形开口与固定轨基座(5)内侧的楔形凸块形成悬浮连接；所述磁悬浮支架(1)两侧的中空腔室内均设有混合磁悬浮装置，所述混合磁悬浮装置由内铁芯(9)、中间铁芯(15)、外铁芯(12)、第一线圈(13)、第二线圈(7)、第三线圈(10)、永久磁体(8)和电涡流传感器(2)组成；所述外铁芯(12)设置在所述中空腔室内，所述永久磁体(8)、内铁芯(9)和外铁芯(12)均通过塑料支架(11)与所述外铁芯(12)的内壁相连接，所述第一线圈(13)缠绕设置在所述外铁芯(12)的上端，所述第二线圈(7)缠绕设置在所述外铁芯(12)的下端，所述第三线圈(10)缠绕设置在所述内铁芯(9)的外部，所述内铁芯(9)与所述软铁(4)之间设有间隙，所述电涡流传感器(2)设置在所述磁悬浮支架(1)内部，所述电涡流传感器(2)的端面与楔形凸块的楔形面相平行，所述固定轨基座(5)内底面设有定子(6)，所述磁悬浮支架(1)内底面设有动子(14)，所述定子(6)和动子(14)滑动连接进行切割磁感线运动。
2.根据权利要求1所述的一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机，其特征在于：所述软铁(4)镶嵌固定在楔形凸块的凹槽中。
3.根据权利要求1所述的一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机，其特征在于：所述定子(6)固定设置在固定轨基座(5)的居中位置，动子(14)固定设置在磁悬浮支架(1)的居中位置。
4.根据权利要求1所述的一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机，其特征在于：所述外铁芯(12)呈开口的C字型，外铁芯(12)开口处的上下底面与磁悬浮支架(1)楔形开口的底面齐平，外铁芯(12)开口处的上下底面与软铁(4)的上下底面设有0.5mm的间隙。
5.根据权利要求1所述的一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机，其特征在于：所述内铁芯(9)与软铁(4)之间设有间隙，其间隙值为0.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机，其特征在于：所述中间铁芯(15)与内铁芯(9)相互垂直设置。
7.根据权利要求1所述的一种基于混合磁悬浮导轨的直线电机，其特征在于：所述电涡流传感器(2)的端面与固定轨基座(5)的末端楔形面平行，顶端设有用于传感器导线连接用通孔。
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