CN110707897A - 低阻力无铁芯单边永磁同步直线电机 - Google Patents
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Abstract
本发明永磁直线电机领域，公开了一种低阻力无铁芯单边永磁同步直线电机，包括沿轴向方向间隔铺设永磁体的直线导轨，与直线导轨构成滑移配合的动子座，直线导轨沿轴向方向平行且对称设置有第一轨道、第二轨道，动子座上对应开设有槽壁为空腔的第一导槽、第二导槽，第一轨道、第二轨道至少在一个轴向侧壁上均沿垂直向布置至少一个长钢磁，第一导槽、第二导槽与长钢磁同侧的槽底连接压电陶瓷，且相邻槽壁腔内设置线圈，线圈与压电陶瓷电线连接。保留导轨导向作用，并在动子座负重受压时，利用压电陶瓷的正电压效应，为线圈提供电流，在长钢磁的对称磁场切割下，对动子座产生向上的提升力，抑制推力波动，提高行进系统的鲁棒性。
Description
技术领域
本发明涉及永磁直线电机领域，尤其涉及一种低阻力无铁芯单边永磁同步直线电机。
背景技术
直线电机在结构上的突破，使其能够直接进行直线驱动、不需要其他中间环节，具有给进系统的零转动的特点，直线电机在电磁场作用下做直线运动时，需要导轨用以规范、限定行进路线，因此无可避免存在滑动摩擦阻力，并与动子作用在导轨上的正压力呈正比，直线电机动子作为载重单元，随着实际负重的增加会导致推力波动远高于实验理想数据，同时降低系统鲁棒性。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种无铁芯单边永磁同步直线电机，能够在负重情况下，减轻滑动摩擦阻力，稳定推力波动。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种低阻力无铁芯单边永磁同步直线电机，包括沿轴向方向间隔铺设永磁体的直线导轨，与直线导轨构成滑移配合的动子座，动子座上靠近永磁体的一侧布置通电线圈，直线导轨沿轴向方向平行且对称设置有第一轨道、第二轨道，动子座上对应开设有槽壁为空腔的第一导槽、第二导槽，永磁体位于第一轨道、第二轨道之间，第一轨道、第二轨道至少在一个轴向侧壁上均沿垂直向布置至少一个长钢磁，第一导槽、第二导槽与长钢磁同侧的槽底连接压电陶瓷，且相邻槽壁腔内设置线圈，线圈与压电陶瓷电线连接。
本发明的优点在于：保留导轨导向作用，并在动子座负重受压时，利用压电陶瓷的正电压效应，为线圈提供电流，在长钢磁的对称磁场切割下，对动子座产生向上的提升力，减少对导轨的正压力，减轻滑动摩擦阻力，抑制推力波动，提高行进系统的鲁棒性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明内部的结构示意图。
图3为本发明压电陶瓷与动子座连接关系的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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1-3所示，一种低阻力无铁芯单边永磁同步直线电机，包括沿轴向方向间隔铺设永磁体11的直线导轨10，与直线导轨10构成滑移配合的动子座20，动子座20上靠近永磁体11的一侧布置通电线圈23，无铁芯结构能够减少系统的边端效应、齿槽效应，抑制推力波动。
直线导轨10沿轴向方向平行且对称设置有第一轨道12、第二轨道13，动子座20上对应开设有槽壁为空腔的第一导槽21、第二导槽22，永磁体11位于第一轨道12、第二轨道13之间，第一轨道12、第二轨道13至少在一个轴向侧壁上均沿垂直向布置至少一个长钢磁14，第一轨道12、第二轨道13对称设置，长钢磁14磁场亦为对称布置，第一导槽21、第二导槽22与长钢磁14同侧的槽底连接压电陶瓷30，且相邻槽壁腔内设置线圈40，线圈40与压电陶瓷30电线连接。
负重下的动子座20，整体重量G1既为施加在直线导轨10上的正压力，G1为稳定数值，则压电陶瓷30亦承压稳定，由于压电陶瓷30在受力形变的情况下会产生电压，在与线圈40电性连接后提供持续的电流，形成气隙面15，线圈40在长钢磁14磁场的磁场切割下，产生向上的支撑力G2，其中，压电陶瓷30、线圈40的重量为G3；若G1-G2<G1-G3则有效减少对直线导轨10的正压力，减轻滑动摩擦阻力。为此提供以下仿生模拟实验过程。
主要参数：负载重量G1：电机动子质量(线圈框架、金属铝板)+激光头质量，约为6kg；
压电陶瓷30、线圈40重量和G3：约为1kg；
导轨摩擦系数：0.003；
加速度要求：2g；
速度要求：2m/s；
加速时间：0.1s；
永磁体长：100mm；
永磁体宽：38mm；
永磁体厚：20mm；
极距：46mm；
气隙：2mm；
通电线圈23线圈厚度：15mm，线圈40厚度：1.5mm；
通电线圈23线圈单边宽：18mm，线圈40线圈单边宽：1.8mm；
单个通电线圈23线圈总宽：46mm，线圈40线圈总宽4.6mm；
通电线圈23线圈匝数：1000，线圈40匝数：100；
永磁体11：钕磁铁NdfeB，径向充磁，剩磁含量1.23T；
通电线圈23：纯铜漆包线，线径0.5mm，线圈40：纯铜漆包线，线径0.05mm；
仿生结果：G1-G2＝4kg；G1-G3＝5kg；且直线电机推力波动≤2％。
仅在第一轨道12、第二轨道13至少在一个轴向侧壁上布置长钢磁14，磁场强度有限，本实施例中动子座20、直线导轨10两侧均为对称结构，长钢磁14布置在第一轨道12两个轴向侧壁上，第一导槽21与长钢磁14相邻的槽底设置压电陶瓷30，且相邻槽壁腔内收容线圈40。由此，进一步减少对直线导轨10的正压力，减轻滑动摩擦阻力。
将长钢磁14延伸至在第一轨道12侧壁边沿，扩大磁力范围，第一导槽21槽腔底部与第一轨道12顶端留有间隙，减少第一导槽21、第二导槽22与第一轨道12、第二轨道13之间的接触面积。
做为第一导槽21与压电陶瓷30具体连接方式，第一导槽21槽壁底端设有开口，压电陶瓷30为凸形台，压电陶瓷30插置固定在第一导槽21槽壁底端，压电陶瓷30的底端抵触在直线导轨10上。压电陶瓷30直接插置在第一导槽21槽壁底端，既满足动子座20在负重压力下压电陶瓷30与第一导槽21的连接强度，又具有安装简单，拆卸方便的特点。
做为上述方案的进一步改进，压电陶瓷30插置在第一导槽21槽壁，且底面覆盖第一导槽21底端槽壁。压电陶瓷30底面覆盖第一导槽21底端槽壁，能够完全吸收压力，提高正压电效应的转化率。
为进一步加强装置的稳定性，在第一导槽21槽壁底端的轴向两端均开设定位孔211，压电陶瓷30对应设置有定位销31，通过定位销31与定位孔211配合连接，增强装置的连接强度，且同样保留易拆卸的结合特点。
需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种低阻力无铁芯单边永磁同步直线电机，包括沿轴向方向间隔铺设永磁体(11)的直线导轨(10)，与直线导轨(10)构成滑移配合的动子座(20)，动子座(20)上靠近永磁体(11)的一侧布置通电线圈(23)，其特征在于，直线导轨(10)沿轴向方向平行且对称设置有第一轨道(12)、第二轨道(13)，动子座(20)上对应开设有槽壁为空腔的第一导槽(21)、第二导槽(22)，永磁体(11)位于第一轨道(12)、第二轨道(13)之间，第一轨道(12)、第二轨道(13)至少在一个轴向侧壁上均沿垂直向布置至少一个长钢磁(14)，第一导槽(21)、第二导槽(22)与长钢磁(14)同侧的槽底连接压电陶瓷(30)，且相邻槽壁腔内设置线圈(40)，线圈(40)与压电陶瓷(30)电线连接。
2.如权利要求1所述的低阻力无铁芯单边永磁同步直线电机，其特征在于，动子座(20)、直线导轨(10)两侧均为对称结构，长钢磁(14)布置在第一轨道(12)两个轴向侧壁上，第一导槽(21)与长钢磁(14)相邻的槽底设置压电陶瓷(30)，且相邻槽壁腔内收容线圈(40)。
3.如权利要求2所述的低阻力无铁芯单边永磁同步直线电机，其特征在于，长钢磁(14)延伸至在第一轨道(12)侧壁边沿，第一导槽(21)槽腔底部与第一轨道(12)顶端留有间隙。
4.如权利要求3所述的低阻力无铁芯单边永磁同步直线电机，其特征在于，第一导槽(21)槽壁底端设有开口，压电陶瓷(30)为凸形台，压电陶瓷(30)插置固定在第一导槽(21)槽壁底端，压电陶瓷(30)的底端抵触在直线导轨(10)上。
5.如权利要求4所述的低阻力无铁芯单边永磁同步直线电机，其特征在于，压电陶瓷(30)插置在第一导槽(21)槽壁，且底面覆盖第一导槽(21)底端槽壁。
6.如权利要求5所述的低阻力无铁芯单边永磁同步直线电机，其特征在于，第一导槽(21)槽壁底端的轴向两端均开设定位孔(211)，压电陶瓷(30)对应设置有定位销(31)。
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