CN114977717A - 一种环绕聚磁型无铁心永磁直线伺服电机 - Google Patents

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刘许洋
宋再新
雷栋
黄永灿
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Shenzhen Tiemeizhong Technology Co ltd
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Abstract

本发明提供一种环绕聚磁型无铁心永磁直线伺服电机，其包括定子模组，包括相对设置的第一背铁和第二背铁，第一背铁和第二背铁的内侧均设置有磁极阵列，两磁极阵列相对设置且两者之间具有安装区域；动子模组，包括线圈架和多个线圈，线圈架具有线圈安装区和外安装区，线圈安装区伸入所述安装区域中，多个线圈并排设置于所述线圈安装区中；磁极阵列包括多个间隔设置的法向充磁磁极，法向充磁磁极之间设置有第一切向充磁磁极，法向充磁磁极的两端设置有第二切向充磁磁极，法向充磁磁极、第一切向充磁磁极及第二切向充磁磁极构成环绕聚磁型磁极阵列。该环绕聚磁型无铁心永磁直线伺服电机具有更高的磁通密度、更高的力矩密度、更平稳的运动状态。

Description

一种环绕聚磁型无铁心永磁直线伺服电机
【技术领域】
本发明涉及永磁直线电机领域，尤其是涉及一种环绕聚磁型无铁心永磁直线伺服电机。
【背景技术】
半导体行业作为当下国家高精尖产业发展方向之一，需要一系列核心基础制造设备，包括精密激光切割机。精密激光切割机的核心运动部件为直线伺服电机，它承载的工作台固定连接激光源设备，因此切割精度和速度直接取决于该直线伺服电机的性能。切割精度高、速度快，对电机提出较高的加减速度指标，即直线电机的推力。这也暴露出现有的直线伺服电机的缺点：推力低、推力体积密度低、漏磁大、铁心磁饱和，进而相同往复行程下的工作效率低等。
为此，有必要对其作进一步的改进。
【发明内容】
本发明的目的是为了克服上述问题，我们提供一种环绕聚磁型无铁心永磁直线伺服电机，其具有更高的磁通密度、更高的力矩密度、更平稳的运动状态。
为实现上述目的，我们提供了一种环绕聚磁型无铁心永磁直线伺服电机，其包括：
定子模组，包括相对设置的第一背铁和第二背铁，第一背铁和第二背铁的内侧均设置有磁极阵列，两磁极阵列相对设置且两者之间具有安装区域；
动子模组，包括线圈架和多个线圈，所述线圈架具有线圈安装区和外安装区，线圈安装区伸入所述安装区域中，多个线圈并排设置于所述线圈安装区中；
所述磁极阵列包括多个间隔设置的法向充磁磁极，法向充磁磁极之间设置有第一切向充磁磁极，法向充磁磁极的两端设置有第二切向充磁磁极，所述法向充磁磁极、第一切向充磁磁极及第二切向充磁磁极构成环绕聚磁型磁极阵列。
于一个或多个实施例中，所述外安装区连接有动子连接块，动子连接块的侧面设置有驱动电路板。
于一个或多个实施例中，所述外安装区上设置的引线槽，多个线圈的电力线引出至引线槽中固定，多个线圈的电力线与驱动电路板电性连接。
于一个或多个实施例中，所述驱动电路板的表面盖设有防尘盖。
于一个或多个实施例中，所述动子连接块的底端设置至少一个导轨连接块，驱动电路板上设置有编码器读头，编码器读头对准所述导轨连接块的连接端。
于一个或多个实施例中，所述动子连接块的顶端设置有操作平台，操作平台上具有多个安装位。
于一个或多个实施例中，所述第一背铁和第二背铁对称设置，第一背铁和第二背铁之间通过螺栓连接固定。
于一个或多个实施例中，所述第一背铁内侧的磁极阵列通过粘接与第一背铁连接固定；第二背铁内侧的磁极阵列通过粘接与第二背铁连接固定。
于一个或多个实施例中，所述线圈架为高强度非金属聚合物制成。
本发明同背景技术相比具有以下技术效果：本申请提出的新型环绕聚磁型无铁心集成一体化永磁直线伺服电机结构，在单一方向维度上的海尔贝克磁体阵列进行拓展，在直线伺服电机的定子上实施二个方向维度上的聚磁磁极阵列，比传统结构提高了气隙磁通密度。其次，磁密提高可以弥补无铁心直线电机的磁负荷低的弱点，提高相同体积下的电机推力，即提高了推力密度；对激光切割作动而言，可以提高最高运动速度、运动加速度、定位和控制精度。再次，电机本体-驱动-控制集成一体化的设计，使电机模组结构更加紧凑，减少了额外的损耗，节省有效空间。最后，在相同极距的设计下，所提出的聚磁阵列由体积更小数量更多的磁铁块构成，大大降低了电机的物料成本和工艺复杂度。
【附图说明】
图1为本发明实施例环绕聚磁型无铁心永磁直线伺服电机的结构示意图；
图2为图1的侧视图；
图3为本发明实施例动子模组的结构示意图；
图4为本发明实施例两磁极阵列的结构示意图；
图5为图1另一角度下的侧视图。
【具体实施方式】
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。
请参看图1-5，本申请提供了一种环绕聚磁型无铁心永磁直线伺服电机，其包括：
定子模组，包括相对设置的第一背铁1和第二背铁2，第一背铁1和第二背铁2的内侧均设置有磁极阵列3，两磁极阵列3相对设置且两者之间具有安装区域，第一背铁1内侧的磁极阵列3通过粘接与第一背铁1连接固定；第二背铁2内侧的磁极阵列3通过粘接与第二背铁2连接固定，所述第一背铁1和第二背铁2对称设置，第一背铁1和第二背铁2之间通过螺栓连接固定，第一背铁和第二背铁上均开有对应的螺栓孔位，采用螺栓连接，以便于对第一背铁和第二背铁进行组装或后期拆卸维护工作；
动子模组，包括线圈架4和多个线圈5，所述线圈架4具有线圈安装区和外安装区，线圈安装区伸入所述安装区域中，多个线圈5并排设置于所述线圈安装区中，线圈架4为高强度非金属聚合物制成，例如：如环氧树脂、玻璃纤维等，应尽量避免采用抗压强度低的材料。线圈架4内部优选为镂空结构，空腔中放置线圈。线圈5只能采用集中绕制而不能分布绕制，否则绕组整体将呈现层叠结构而使线圈架4无法设计。空腔具体形状应根据定制线圈5形状而调整。空腔应比线圈外形略大，方便线圈之间的接线和引线。
所述磁极阵列3包括多个间隔设置的法向充磁磁极31，法向充磁磁极31之间设置有第一切向充磁磁极32，法向充磁磁极31的两端设置有第二切向充磁磁极33，所述法向充磁磁极31、第一切向充磁磁极32及第二切向充磁磁极33构成环绕聚磁型磁极阵列。本实施例将传统径向充磁磁体一分为二，成为一块径向和一块切向。理论上，海尔贝克(Halbach)磁极阵列可以一分为多块，但本申请中提出的二维方向上的环绕聚磁阵列只能一分为二来设计。在既定的直线电机极距τ的前提下，三类磁铁块宽度的设计应满足一定要求：法向充磁磁极31的宽度wn应等于第二切向充磁磁极33的宽度wt2，即wn＝wt2；法向充磁磁极31的宽度wn与第一切向充磁磁极32的宽度wt1之和应等于极距，即wn+wt1＝τ。本实施例采取的是wn＝wt2＝wt1宽度完全相等的设计。
优选地，所述外安装区连接有动子连接块6，动子连接块6的侧面设置有驱动电路板7，线圈架4的外安装区上设置的引线槽8，多个线圈5的电力线引出至引线槽8中固定，并且多个线圈5的电力线与驱动电路板7电性连接，引线槽可以对线圈的电力线引出并进行固定，以方便连接驱动该电路板。驱动电路板7的表面盖设有防尘盖9，防尘盖可以用螺丝与驱动电路板连接固定，起到保护驱动电路板的作用。
所述动子连接块6的底端设置至少一个导轨连接块10，驱动电路板7上设置有编码器读头11，编码器读头11对准所述导轨连接块10的连接端，本实施例设置有两个导轨连接块，导轨连接块用于与固定导轨连接，以实现在固定导轨上往复运动，编码器读头对准导轨连接块的连接端即是对准固定导轨，进而反馈定子和动子的绝对或相对位置。
所述动子连接块6的顶端设置有操作平台12，操作平台12上具有多个安装位，安装位可以用于安装激光设备和切割刀等设备使用。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (9)

1.一种环绕聚磁型无铁心永磁直线伺服电机，其特征在于，包括：
定子模组，包括相对设置的第一背铁(1)和第二背铁(2)，第一背铁(1)和第二背铁(2)的内侧均设置有磁极阵列(3)，两磁极阵列(3)相对设置且两者之间具有安装区域；
动子模组，包括线圈架(4)和多个线圈(5)，所述线圈架(4)具有线圈安装区和外安装区，线圈安装区伸入所述安装区域中，多个线圈(5)并排设置于所述线圈安装区中；
所述磁极阵列(3)包括多个间隔设置的法向充磁磁极(31)，法向充磁磁极(31)之间设置有第一切向充磁磁极(32)，法向充磁磁极(31)的两端设置有第二切向充磁磁极(33)，所述法向充磁磁极(31)、第一切向充磁磁极(32)及第二切向充磁磁极(33)构成环绕聚磁型磁极阵列。
2.根据权利要求1所述的一种环绕聚磁型无铁心永磁直线伺服电机，其特征在于：所述外安装区连接有动子连接块(6)，动子连接块(6)的侧面设置有驱动电路板(7)。
3.根据权利要求2所述的一种环绕聚磁型无铁心永磁直线伺服电机，其特征在于：所述外安装区上设置的引线槽(8)，多个线圈(5)的电力线引出至引线槽(8)中固定，并且多个线圈(5)的电力线与驱动电路板(7)电性连接。
4.根据权利要求2或3所述的一种环绕聚磁型无铁心永磁直线伺服电机，其特征在于：所述驱动电路板(7)的表面盖设有防尘盖(9)。
5.根据权利要求2所述的一种环绕聚磁型无铁心永磁直线伺服电机，其特征在于：所述动子连接块(6)的底端设置至少一个导轨连接块(10)，驱动电路板(7)上设置有编码器读头(11)，编码器读头(11)对准所述导轨连接块(10)的连接端。
6.根据权利要求2所述的一种环绕聚磁型无铁心永磁直线伺服电机，其特征在于：所述动子连接块(6)的顶端设置有操作平台(12)，操作平台(12)上具有多个安装位。
7.根据权利要求1所述的一种环绕聚磁型无铁心永磁直线伺服电机，其特征在于：所述第一背铁(1)和第二背铁(2)对称设置，第一背铁(1)和第二背铁(2)之间通过螺栓连接固定。
8.根据权利要求1或7所述的一种环绕聚磁型无铁心永磁直线伺服电机，其特征在于：所述第一背铁(1)内侧的磁极阵列(3)通过粘接与第一背铁(1)连接固定；第二背铁(2)内侧的磁极阵列(3)通过粘接与第二背铁(2)连接固定。
9.根据权利要求1所述的一种环绕聚磁型无铁心永磁直线伺服电机，其特征在于：所述线圈架(4)为高强度非金属聚合物制成。
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