CN115864774A - 低定位力双边悬浮直线电机及自动平移门驱动组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低定位力双边悬浮直线电机及自动平移门驱动组件。所述电机两个动子模块和定子模块，该两个动子模块沿第一方向设置于定子模块两侧，且该两个动子模块均包括沿第二方向分布的多个动子单元电机以及相配合的电枢绕组；每个动子模块中的多个动子单元电机分为多个部分，每个部分包括两个动子单元电机，该两个动子单元电机之间沿第二方向偏置设置；该两个动子模块之间也沿第二方向偏置设置；该第一方向垂直于第二方向，该第二方向为两个动子模块的运动方向。较之现有技术，本申请的电机具有更低定位力和更低制作成本，推力密度更大，能有效减小机械系统的损耗，并能以单电机实现自动平移门门板的开合运动。

Description

低定位力双边悬浮直线电机及自动平移门驱动组件

技术领域

本发明涉及一种直线电机，具体涉及一种低定位力双边悬浮直线电机及自动平移门驱动组件。

背景技术

随着我国经济的发展，自动化水平明显提高，因此建筑设施用的自动化也在快速的发展过程中，自动平移门的应用是自动化发展的重要表现之一。自动平移门开关速度很快，能够在短时间内达到好的运作效果，同时能够在人流过多的时候起到一定的控制效果，自动平移门能够通过控制室内气流的流动，避免热量的损失。2010年以来，我国自动平移门的使用量逐年增加，如此迅猛的增长使得对平移门的驱动部件提出了更加平稳可靠的要求。

传统自动平移门的驱动方式是通过旋转电机提供动力，通过链轮链条以及特殊曲柄连杆机构将旋转运动转化为直线运动从而带动平移门实现开合运动。采用旋转电机驱动方式，需要匹配相应的减速装置，造成中间传动装置的复杂，占用空间较大。复杂的中间传动机构，使得运行系统的整体动态性能差，机器的维修成本大。同时由于链轮链条之间的配合存在间隙，使得系统存在振动，易产生大的噪声造成能量的浪费。采用直线电机进行驱动自动平移门实现平稳的运动，由于直线电机结构简单，没有中间复杂的传动机构，运行效率高，响应速度快，因此直线电机成为自动平移门新式驱动方式。

现有直线电机一般具有三种类型，即永磁型直线电机、感应型直线电机和励磁型直线电机。感应型直线电机通过励磁绕组产生磁力，会产生过大的能耗。励磁型直线电机利用永磁体与励磁线圈共同作用产生线性推力，电机动子运动，但其运行振动过大，容易产生较大的噪声。永磁型直线电机通过永磁体产生磁力，推力密度大，电机运行效率高，不过由于永磁体价格较为昂贵，造成了其制作成本较高。永磁型直线电机又分为单边直线电机和双边直线电机，在电机动子长度一定的情况下，双边直线电机能够产生加大的推力，但由于双边直线电机的定位力是两侧定位力的累加，使得双边直线电机会产生较大的定位力。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种低定位力双边悬浮直线电机及自动平移门驱动组件，以克服现有技术中存在的上述问题。

为了达到前述发明目的，本发明采用了以下方案：

本实施例的一个方面提供的一种低定位力悬浮双边偏置直线电机包括第一动子模块、定子模块和第二动子模块，所述第一动子模块和第二动子模块沿第一方向设置于定子模块两侧；所述定子模块包括沿第二方向分布的多个永磁体；所述第一动子模块和第二动子模块均包括沿第二方向分布的多个动子单元电机以及相配合的电枢绕组；并且，每个动子模块中的多个动子单元电机分为多个部分，每个部分包括两个动子单元电机，该两个动子单元电机之间沿第二方向偏置(1/3+k)τ的距离；以及，所述第一动子模块和第二动子模块之间沿第二方向偏置(2/3+k)τ的距离，其中k为0或正整数；所述第一方向垂直于第二方向，所述第二方向为第一动子模块和第二动子模块的运动方向。

在一个实施例中，所述动子单元电机为四极三槽的单元电机。

在一个实施例中，每个动子模块中的所有动子单元电机分为两个部分，每个部分含有两个动子单元电机，用以增加电机的有效推力，且基本不增加动子的整体长度。在一些情况下，每个动子模块中动子单元电机的数量还可以更多，并可被分为三个或更多部分，以进一步增加电机的有效推力，但这样的结构会使动子的整体长度变大，行程缩小，不利于其在自动平移门门机等设备中应用。

在一个实施例中，所述定子模块中还包括多个软磁体，多个永磁体和多个软磁体沿第二方向交替排列，并且多个永磁体的充磁方向相同。

在一个实施例中，所述第一动子模块与定子模块产生的气隙宽度等于所述第二动子模块与定子模块产生的气隙宽度。

在一个实施例中，所述第一动子模块设于第二动子模块上方，所述第一动子模块、第二动子模块分别包含第一电枢绕组、第二电枢绕组，并且所述第一电枢绕组中的线圈数量小于第二电枢绕组中的线圈数量，用于在所述第一电枢绕组和第二电枢绕组内被通入工作电流时，使电机动子相对于定子保持磁悬浮状态。

在一个实施例中，所述第一动子模块、第二动子模块分别包含第一电枢绕组、第二电枢绕组，并且所述第一电枢绕组和第二电枢绕组中单个线圈结构及匝数相同。

在一个实施例中，所述第一电枢绕组和第二电枢绕组中的线圈绕组连接方式包括但不限于星形连接方式。

在一个实施例中，所述第一电枢绕组与第二电枢绕组中的单个线圈结构及匝数相同。

在一个实施例中，所述定子模块还包括定子支撑板、第一定子背板和第二定子背板，所述第一定子背板和第二定子背板沿第一方向设置在定子支撑板两侧，并分别与定子支撑板固定连接，多个所述永磁体分别固定设置在第一定子背板和第二定子背板上。

在一个实施例中，所述电机还包括第一动子模块支撑板、第二动子模块支撑板、第一直线导轨、第二直线导轨和动子连接板；所述第一直线导轨、第二直线导轨分别设置在第一动子模块支撑板、第二动子模块支撑板，且所述第一直线导轨与第二直线导轨相互平行；所述第一动子模块、第二动子模块分别活动设置在第一直线导轨、第二直线导轨上，并均可沿第二方向移动；所述第一动子模块与第二动子模块通过动子连接板连接。

在一个实施例中，所述电机还包括第一滑块、第二滑块、第一动子衔接板和第二动子衔接板；所述第一动子模块通过第一滑块滑动设置在第一直线导轨上，所述第二动子模块通过第二滑块滑动设置在第二直线导轨上；并且，所述第一动子模块还通过第一动子衔接板与第一动子模块支撑板连接，所述第二动子模块还通过第二动子衔接板与第二动子模块支撑板连接；所述第一动子模块支撑板和第二动子模块支撑板沿第一方向设置在定子支撑板两侧。

本发明的另一个方面提供了一种自动平移门驱动组件，其包括所述低定位力悬浮双边偏置直线电机，所述电机中的两个动子模块与两个自动平移门门板传动连接，并用于驱使两个自动平移门门板进行相向运动或相背运动。

在一个实施例中，两个自动平移门门板通过传动机构配合而实现相向运动或相背运动。所述传动机构可以采用本领域常用的传动机构，例如定滑轮组与移动钢丝的组合，且不限于此。

与现有技术相比，本发明至少具有如下优点：

(1)提供的低定位力悬浮双边偏置直线电机之中，两个动子模块采用模块化偏置的结构，例如，每个动子模块由两个部分组成，每个部分由两个四极三槽的单元电机偏置1/3τ距离构成，使得每个单元电机产生的定位力相同的峰值相位下，幅值相反，从而能够将定位力相互抵消。

(2)提供的低定位力悬浮双边偏置直线电机之中，两个动子模块之间采用偏置方式，即，两个动子模块偏置2/3τ的距离，使得两个动子模块产生的定位力抵消，最终保证整个直线电机动子实现较低的定位力。

(3)提供的低定位力悬浮双边偏置直线电机之中，定子模块采用交替极永磁体排列方式，可以有效降低电机的整体制作成本。

(4)提供的低定位力悬浮双边偏置直线电机采用双边结构，能够降低直线电机动子模块长度，实现大的推力密度。

(5)提供的低定位力悬浮双边偏置直线电机之中，两个动子模块中的电枢绕组的单个线圈结构及匝数相同，且位于上方的第一电枢绕组所含线圈的个数少于位于下方的第二电枢绕组所含线圈的个数，从而能够实现磁悬浮效果。

(6)提供的低定位力悬浮双边偏置直线电机可以在双边结构方式下实现磁悬浮效果，能够实现重力与磁吸力抵消，实现运动部分与静止部分无摩擦力的作用，使传动零部件无磨损，减小机械系统的损耗。

(7)提供的低定位力悬浮双边偏置直线电机在用于构建自动平移门的驱动机构时，只需单电机即可实现自动平移门门板的开合运动，简化了自动平移门驱动机构的结构，降低了其成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一种低定位力双边悬浮直线电机斜视图；

图2为本发明实施例中一种低定位力双边悬浮直线电机正视图；

图3为本发明实施例中一种低定位力双边悬浮直线电机动定子结构图；

图4为本发明实施例中一种低定位力双边悬浮直线电机结构图；

图5为本发明实施例中一种低定位力双边悬浮直线电机驱动自动平移门斜视图；

图6为本发明实施例中一种低定位力双边悬浮直线电机驱动自动平移门正视图；

图7为本发明实施例中一种低定位力双边悬浮直线电机第一电枢绕组绕线星形图；

图8为本发明实施例中一种低定位力双边悬浮直线电机第二电枢绕组绕线星形图；

附图标记说明：1、第一动子模块；1.1、第一上动子单元电机；1.2、第二上动子单元电机；1.3、第三上动子单元电机：1.4、第四上动子单元电机；1.5、第一电枢绕组；2、定子模块；2.1、定子支撑板；2.2、第一定子背板；2.3、第二定子背板；2.4、磁钢；3、第二动子模块；3.1、第一下动子单元电机；3.2、第二下动子单元电机；3.3、第三下动子单元电机；3.4、第四下动子单元电机；3.5、第二电枢绕组；4、第二动子模块支撑板：5、第二动子衔接板；6、第一动子模块支撑板；7、第一动子衔接板；8、动子连接板；9.1、第一上滑块；9.2、第二上滑块；10、第一支撑板；11、第一直线导轨；12、电机支撑板；13、第二直线导轨；14、第二滑块；15、第二支撑板；16、定滑轮支撑板；17、定滑轮；18、自动平移门门板；19、门板连接件；20、自动平移门支撑块；21、自动平移门背板；22、移动钢丝；23、第一支撑侧板；24、第二支撑侧板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本发明主要是提供了一种双边模块化偏置低定位力磁悬浮永磁同步直线电机及其在驱动自动平移门中的用途。概括地讲，所述电机包括定子模块和分布在定子模块两侧的两个动子模块，所述定子模块与两个动子模块之间存在宽度相等的气隙间隙。位于两个动子模块中间的所述定子模块可以通过固定件与侧方支撑板相连，每一动子模块可以通过活动连接机构，例如滑块与相应一直线导轨进行配合，利用直线导轨为动子模块提供支撑及导向，实现动子的平稳运行。两个动子模块通过一侧的连接件进行连接，组成整个电机的动子，从而为负载设备提供动力，例如带动自动平移门门板实现往复运动。两个动子模块之间为偏置设置的方式，例如两个动子模块偏置2/3τ的距离。而且，每个动子模块本身也采用模块化偏置结构，例如，每个动子模块有两个部分，每个部分有两个单元电机，两个单元电机之间偏置1/3τ的距离。利用这些偏置设计，可以有效降低乃至消除定位力。两个动子模块中均具有完整的电枢绕组，且两个动子模块中的线圈数量不同，这些线圈可以分布在相应动子模块的两端。所述定子模块采用交替极永磁体分布方式，只存在一组同向的永磁体，另一组永磁体可以用凸极铁块等软磁体代替，如何可以降低成本。

示例性的，请参阅图1-图8，本发明提供的一种低定位力悬浮双边偏置直线电机主要包括第一动子模块1、定子模块2和第二动子模块3。

其中，所述第一动子模块1包括多个第一动子单元电机及相配合的第一电枢绕组1.5，所述第二动子模块3包括多个第二动子单元电机及相配合的第二电枢绕组3.5，所述定子模块2包括多个磁钢及用于固定磁钢的结构件等。

当将第一动子模块1、第二动子模块3分别设置于定子模块2的上、下方(此时，竖直方向即为前述第一方向)时，则可以将第一动子模块1、第二动子模块3分别定义为上动子模块、下动子模块。其中的多个第一动子单元电机分别为沿动子运动方向(此时，水平方向即为前述第二方向)分布的第一上动子单元电机1.1、第二上动子单元电机1.2、第三上动子单元电机1.3、第四上动子单元电机1.4；多个第二动子单元电机分别为沿动子运动方向分布的第一下动子单元电机3.1、第二下动子单元电机3.2、第三下动子单元电机3.3、第四下动子单元电机3.4。并且，前述各单元电机优选为四极三槽的单元电机。

所述定子模块2包括定子支撑板2.1、第一定子背板2.2、第二定子背板2.3和磁钢2.4。

进一步的，所述第一动子模块1可被分为两个部分，每个部分由两个四极三槽的单元电机组成，其中第一上动子单元电机与第二上动子单元电机相隔1/3τ的距离，第三上动子单元电机与第四上动子单元电机相隔1/3τ的距离，每个部分结构相同。

进一步的，所述第二动子模块3也可被分为两个部分，每个部分由两个四极三槽的单元电机组成，其中第一下动子单元电机与第二下动子单元电机沿动子运动方向相隔1/3τ的距离，第三下动子单元电机与第四下动子单元电机沿动子运动方向相隔1/3τ的距离，每个部分结构相同。

进一步的，所述第一动子模块1相对于第二动子模块3沿动子运动方向偏置2/3τ的距离。

在一些情况下，也可以使得两个动子模块内，每一部分中两个动子单元电机相隔(n+1/3)τ的距离。以及，使两个动子模块偏置(n+2/3)的距离。n为自然数。

进一步的，所述第一电枢绕组1.5、第二电枢绕组3.5均包含多个线圈。示例性的，所述第一电枢绕组1.5包含6个线圈，该6个线圈采用星形连接分布在第一动子模块的两端，其绕组连接方式可以如图7所示。所述第二电枢绕组3.5包含12个线圈，这些线圈采用星形连接方式，其绕组连接方式可以如图8所示。在图7及图8中，i～xii分别是各电枢绕组中各线圈的编号。并且，较为优选的，所述第一电枢绕组1.5与第二电枢绕组3.5中的单个线圈的结构以及匝数相同。其中，第一电枢绕组1.5内线圈的个数少于第二电枢绕组3.5内线圈的数量，从而在向第一、第二电枢绕组内通入电流时，可以使电机动子受到的重力与磁吸力相互抵消，实现磁悬浮效果。示例性的，第一电枢绕组1.5内存在6组线圈，第二电枢绕组3.5内存在12组线圈。

在本实施例中，上、下两个动子模块采用模块化偏置的结构，每个动子模块的每个部分由两个四极三槽的单元电机偏置1/3τ距离构成，使得每个单元电机产生的定位力在相同的峰值相位下，幅值相反，进而定位力能够相互抵消。

在本实施例中，上、下两个动子模块采用偏置方式设置，即上方动子模块与下方动子模块偏置2/3τ的距离，可以使上、下两个动子模块产生的定位力抵消，最终保证整个直线电机动子实现较低的定位力。

进一步的，在所述定子模块2中，第一定子背板2.2固定在定子支撑板2.1的上侧，第二定子背板2.3固定在定子支撑板2.1的下侧，磁钢2.4分别粘贴在第一定子背板2.2的上侧与第二定子背板2.3的下侧。磁钢2.4的排列方式采用交替极排列方式，且定子模块2中只存在一种充磁方向的磁钢，另一种充磁方向上的磁钢用凸极铁心进行替代。通过采用这种交替极永磁体排列方式，可以有效降低定子模块的整体制作成本。

进一步的，所述定子支撑板2.1可以采用硬质铝合金构成，并能够起阻磁及支撑等作用。此外，还可以使定子支撑板2.1两端分别与第一支撑侧板23、第二支撑侧板24固定连接。

进一步的，所述第一动子模块1通过与第一动子衔接板7连接而设置在第一动子模块支撑板6上，第一动子模块支撑板6与第一滑块连接，第一动子模块支撑板6与第二动子模块支撑板4分别固定在定子支撑板2.1的两侧，第一直线导轨11固定在第一支撑板10的规定位置，第一滑块与第一直线导轨11配合实现直线方向上的滑动，进而实现第一动子模块1沿第一直线导轨11的滑动。其中，第一滑块可以为一个或多个。示例性的，请再次参阅图1-图2，若将第一滑块设置在定子模块上方，则可以将其命名为上滑块，且上滑块可以为两个，即第一上滑块9.1和第二上滑块9.2。

进一步的，所述第二动子模块3通过与第二动子衔接板5连接而设置在第二动子模块支撑板4上，第二动子模块支撑板4与第二滑块14连接，第二支撑板4固定在定子支撑板2.1的另一侧，第二直线导轨13固定在第二支撑板15的规定位置，第二滑块14与第二直线导轨13配合实现直线方向上的滑动，进而实现第二动子模块3沿着第二直线导轨13的滑动。

进一步的，可以通过调整所述第一动子模块支撑板6与第二动子模块支撑板4的距离，以保证第一动子模块1与定子模块2产生的气隙宽度和第二动子模块3与定子模块1产生的气隙宽度相等。

进一步的，可以通过所述动子连接板8将第一动子模块1与第二动子模块2进行连接，从而组成整个电机的动子，并保证第一动子模块1相对于第二动子模块3偏置2/3τ的距离。

在本实施例中，所述电机采用双边结构，能够降低直线电机动子模块长度，实现大的推力密度，并能在双边结构方式下实现磁悬浮效果，实现运动部分与静止部分无摩擦力的作用，使传动零部件无磨损，减小机械系统的损耗。

本实施例的所述电机可以用于构建自动平移门驱动组件。示例性的，请再次参阅图4-图6，一种自动平移门驱动组件除包括所述电机之外，还包括定滑轮支撑板16、定滑轮17等，所述电机设置在自动平移门背板21上，自动平移门门板18通过门板连接件19与下动子支撑板4相连。两个自动平移门门板18之间通过定滑轮17实现两者之间的相向与相背运动。定滑轮17安置在定滑轮支撑板16上，并通过带动自动平移门支撑块20牵引移动钢丝22，实现两个自动平移门门板18的开合运动。亦即，通过采用本实施例的所述电机，可以用单电机实现自动平移门门板的开合运动。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例的技术方案也可以经适当组合形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种低定位力悬浮双边偏置直线电机，其特征在于包括第一动子模块、定子模块和第二动子模块，所述第一动子模块和第二动子模块沿第一方向设置于定子模块两侧；所述定子模块包括沿第二方向分布的多个永磁体：所述第一动子模块和第二动子模块均包括沿第二方向分布的多个动子单元电机以及相配合的电枢绕组；并且，每个动子模块中的多个动子单元电机分为多个部分，每个部分包括两个动子单元电机，该两个动子单元电机之间沿第二方向偏置(1/3+k)τ的距离；以及，所述第一动子模块和第二动子模块之间沿第二方向偏置(2/3+k)τ的距离，其中k为0或正整数；所述第一方向垂直于第二方向，所述第二方向为第一动子模块和第二动子模块的运动方向。

2.根据权利要求1所述的低定位力悬浮双边偏置直线电机，其特征在于：所述动子单元电机为四极三槽的单元电机。

3.根据权利要求1所述的低定位力悬浮双边偏置直线电机，其特征在于：所述定子模块中还包括多个软磁体，多个永磁体和多个软磁体沿第二方向交替排列，并且多个永磁体的充磁方向相同。

4.根据权利要求1所述的低定位力悬浮双边偏置直线电机，其特征在于：所述第一动子模块与定子模块产生的气隙宽度等于所述第二动子模块与定子模块产生的气隙宽度。

5.根据权利要求1所述的低定位力悬浮双边偏置直线电机，其特征在于：所述第一动子模块设于第二动子模块上方，所述第一动子模块、第二动子模块分别包含第一电枢绕组、第二电枢绕组，并且所述第一电枢绕组中的线圈数量小于第二电枢绕组中的线圈数量。

6.根据权利要求1所述的低定位力悬浮双边偏置直线电机，其特征在于：所述第一动子模块、第二动子模块分别包含第一电枢绕组、第二电枢绕组，并且所述第一电枢绕组和第二电枢绕组中单个线圈结构及匝数相同。

7.根据权利要求1所述的低定位力悬浮双边偏置直线电机，其特征在于：所述定子模块还包括定子支撑板、第一定子背板和第二定子背板，所述第一定子背板和第二定子背板沿第一方向设置在定子支撑板两侧，并分别与定子支撑板固定连接，多个所述永磁体分别固定设置在第一定子背板和第二定子背板上。

8.根据权利要求1所述的低定位力悬浮双边偏置直线电机，其特征在于还包括第一动子模块支撑板、第二动子模块支撑板、第一直线导轨、第二直线导轨和动子连接板；所述第一直线导轨、第二直线导轨分别设置在第一动子模块支撑板、第二动子模块支撑板，且所述第一直线导轨与第二直线导轨相互平行；所述第一动子模块、第二动子模块分别活动设置在第一直线导轨、第二直线导轨上，并均可沿第二方向移动；所述第一动子模块与第二动子模块通过动子连接板连接。

9.根据权利要求8所述的低定位力悬浮双边偏置直线电机，其特征在于还包括第一滑块、第二滑块、第一动子衔接板和第二动子衔接板；所述第一动子模块通过第一滑块滑动设置在第一直线导轨上，所述第二动子模块通过第二滑块滑动设置在第二直线导轨上；并且，所述第一动子模块还通过第一动子衔接板与第一动子模块支撑板连接，所述第二动子模块还通过第二动子衔接板与第二动子模块支撑板连接；所述第一动子模块支撑板和第二动子模块支撑板沿第一方向设置在定子支撑板两侧。

10.一种自动平移门驱动组件，其特征在于包括权利要求1-9中任一项所述的低定位力悬浮双边偏置直线电机，所述电机中的两个动子模块与两个自动平移门门板传动连接，并用于驱使两个自动平移门门板进行相向运动或相背运动。

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