CN201667604U - 用于数控进给平台的直接磁悬浮永磁直线同步电动机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种用于数控进给平台的直接磁悬浮永磁直线同步电动机，包括定子铁心和使用时围绕定子铁心运动的动子铁心，其特征在于：在所述动子铁心内设置有两套电气上相互独立的绕组，其中一套为用于产生电磁推力的推力绕组，另一套为用于调节磁悬浮力的悬浮绕组，所述悬浮绕组设置在推力绕组与定子铁心之间；在所述定子铁心上朝向动子铁心一面设置有永磁体。该实用新型采用的直接磁悬浮永磁直线同步电动机，在实现直接驱动的同时能够从根本上消除摩擦实现无摩擦进给，对进一步提高数控机床的加工精度具有重要意义。
Description
技术领域：本实用新型涉及一种用于数控进给平台的直接磁悬浮永磁直线同步电动机，特别是涉及一种用于数控机床的无摩擦、直接进给伺服系统的磁悬浮永磁直线同步电动机，属于电动机技术领域。
背景技术：数控机床加工中的摩擦阻力，特别是在低速时的非线性摩擦不可避免地影响伺服系统的精度，导致进给系统产生爬行以及造成反向死区。摩擦是引起数控机床热变形的原因之一，是影响加工精度的重要因素。此外，摩擦也是引起磨损、产生噪音的因素，需要良好的润滑来提高机床寿命。因此，如何有效的减小或消除摩擦成为制约数控机床伺服系统性能的技术瓶颈。现有的磁悬浮进给系统没有利用永磁直线电动机的法向磁拉力来消除摩擦，而是采用另外单独的永磁直线电动机作为驱动元件，附加电磁铁进行悬浮，需要多点支撑悬浮，装置复杂，特别是在机床本体设计时就需要考虑悬浮问题，影响运行稳定性和可靠性，限制了磁悬浮进给系统的使用和推广。
实用新型内容：
实用新型目的：本实用新型提供一种用于数控进给平台的直接磁悬浮永磁直线同步电动机，其目的是解决以往利用附加电磁铁多点支撑悬浮的方法解决摩擦问题时效果不好、结构复杂、稳定性和可靠性差的技术问题。
技术方案：本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种用于数控进给平台的直接磁悬浮永磁直线同步电动机，包括定子铁心和使用时沿着定子铁心移动的动子铁心，其特征在于：在所述动子铁心内设置有两套电气上相互独立的绕组，其中一套为用于产生电磁推力的推力绕组，另一套为用于调节磁悬浮力的悬浮绕组，所述悬浮绕组设置在推力绕组与定子铁心之间；在所述定子铁心上朝向动子铁心一面设置有永磁体。
所述悬浮绕组与推力绕组为具有相同相数、相同连接方式和相同极对数的交流绕组；所述推力绕组与产生推力的逆变器相连，所述悬浮绕组与产生磁悬浮的逆变器相连。
所述定子铁心设置在不导磁的电动机底座上。
推力绕组的电流采用id＝0的控制方式，提供电磁推力，悬浮绕组的电流采用iq＝0的控制方式，提供可调节的磁悬浮力，悬浮绕组电流的增磁或去磁作用由悬浮高度决定，在磁悬浮力作用下动子铁心直接自动悬浮。
所述永磁体为钕铁硼、铁氧体和稀土钴。
优点及效果：本实用新型提供一种用于数控进给平台的直接磁悬浮永磁直线同步电动机，包括定子铁心和使用时沿着定子铁心移动的动子铁心，在所述动子铁心内设置有两套电气上相互独立的绕组，其中一套为用于产生电磁推力的推力绕组，另一套为用于调节磁悬浮力的悬浮绕组，所述悬浮绕组设置在推力绕组与定子铁心之间；在所述定子铁心上朝向动子铁心一面设置有永磁体。
另外，该实用新型还具有以下特征：推力绕组与悬浮绕组是具有相同相数、相同连接方式和相同极对数的交流绕组；推力绕组电流采用id＝0的控制方式提供电磁推力，悬浮绕组电流采用iq＝0的控制方式，提供可调节的磁悬浮力，悬浮绕组电流的增磁或去磁作用由悬浮高度决定；所使用的永磁材料为钕铁硼、铁氧体和稀土钴；所使用永磁材料的工作温度满足运行时对热稳定性的要求，以防止不可逆失磁。在电机设计时，永磁体的最大去磁工作点应该在所用永磁材料最大工作温度和最大去磁磁势时退磁曲线拐点以上，并留有一定余量，当然，对于对铁氧体永磁材料为最低工作温度和最大去磁磁势时退磁曲线拐点以上，并留有一定余量。
本实用新型具有以下优点：
1、该电动机的动子上有一套绕组专门用于对气隙磁场进行调节，从而改变磁拉力的大小使动子直接自动悬浮。
2、与以往的应用电励磁直线同步电动机的进给平台比较，由永磁体提供与动子铁心之间的主要的磁拉力，充分利用了永磁直线电动机的法向力，效率高节约能量。
3、与以往的应用纯永磁直线同步电动机的进给平台比较，克服了气隙磁场难以调节的缺点。
4、与以往的应用永磁和电励磁混合励磁直线同步电动机的进给平台比较，所实用新型的电动机具有磁路结构简单，气隙磁场调节容易的特点。
该实用新型在使用的时候将进给平台直接设置在动子铁心上，且在该电动机的动子铁心上有两套电气上相互独立的绕组，一套绕组是用于产生电磁推力的推力绕组，另一套绕组是用于调节磁悬浮力的悬浮绕组，专门用于对气隙磁场进行调节，从而改变磁拉力的大小，使永磁直线电动机靠自身产生的磁悬浮力来运行，这样一来就不需要再附加电磁铁，能够克服以往的进给平台电磁铁多点支撑悬浮，装置复杂，影响运行稳定性和可靠性的技术问题。
该实用新型采用直接磁悬浮永磁直线同步电动机，在实现直接驱动的同时能够从根本上消除摩擦实现无摩擦进给，不用像以往那样单独增设电动机和电磁铁进行无摩擦处理，对进一步提高数控机床的加工精度具有重要意义。
附图说明：
图1为本实用新型的用于数控进给平台的直接磁悬浮永磁直线同步电动机局部结构示意图；
图2为本实用新型的用于数控进给平台的直接磁悬浮永磁直线同步电动机定子结构示意图；
图3为本实用新型的用于数控进给平台的直接磁悬浮永磁直线同步电动机与数控进给平台连接时的结构示意图；
图中：1、悬浮绕组；2、推力绕组；3、动子铁心；4、永磁体；5、定子铁心；6、辅助导轨；7、电动机底座；8、进给平台；9、平台基座。
具体实施方式：下面结合附图对本实用新型做进一步的说明：
如图1和2所示，本实用新型提供一种用于数控进给平台的直接磁悬浮永磁直线同步电动机，包括定子铁心5和使用时沿着定子铁心5移动的动子铁心3，定子铁心5设置在不导磁的电动机底座7上。在所述定子铁心5上朝向动子铁心3一面设置永磁体4。
在所述动子铁心3内设置有两套电气上相互独立的绕组，其中一套为用于产生电磁推力的推力绕组2，另一套为用于调节磁悬浮力的悬浮绕组1；推力绕组2在使用的时候可以使得动子铁心3相对于定子铁心5移动，悬浮绕组1可以使得动子铁心3在定子铁心5下悬浮，从而使得动子铁心3相对于定子铁心5悬浮移动；如图1所示，所述推力绕组2和悬浮绕组1的布线方向与动子铁心3沿着定子铁心5运动的方向垂直。
如图3所示，该实用新型在使用的时候不导磁的电动机底座7固定在平台基座9下方，在使用的时候动子铁心3与进给平台8固定相连，这样一来就不用象以往那样通过电磁铁多点支撑，从而使得整个装置的稳定性和可靠性大大提高。而在使用的时候推力绕组2用于产生电磁推力，实现直接磁悬浮永磁直线同步电动机直接带动进给平台的运动，而悬浮绕组1是用于调节磁悬浮力使进给平台在动子铁心3的带动下自动悬浮，从而大大减小摩擦，提高工作效率。在所述平台基座9上设置有辅助导轨6，动子铁心3在使用的时候同进给平台8一起沿着辅助导轨6移动，当该直接磁悬浮永磁直线同步电动机不工作时，停在辅助导轨6上。在具体实施的时候，因进给平台8和电动机的动子铁心3固定相连，因此，进给平台8和该直接磁悬浮永磁直线同步电动机的动子铁心3共用一套辅助导轨6，而不用在直接磁悬浮永磁直线同步电动机上另设一套辅助导轨，节省了材料、制造工序和成本。
所述悬浮绕组1与推力绕组2为具有相同相数、相同连接方式和相同极对数的交流绕组；所述推力绕组2与产生推力的逆变器相连，在推力绕组中通入三相对称正弦电流后，对推力绕组电流采用id＝0的控制方式，在气隙中产生行波磁场，与在定子铁心5上的永磁体4的励磁磁场相互作用产生电磁推力从而实现动子铁心3带动进给平台8的运动；所述悬浮绕组1与产生磁悬浮电流的逆变器相连，悬浮绕组采用iq＝0的控制方式，通过改变电流的大小实现增磁和去磁作用从而对气隙磁场进行调节，改变磁拉力的大小。增磁和去磁状态由悬浮高度决定。所述悬浮绕组1设置在推力绕组2与定子铁心5之间。
所述永磁体为钕铁硼、铁氧体和稀土钴。所使用永磁材料的工作温度满足运行时对热稳定性的要求，以防止不可逆失磁。在电机设计时，永磁体的最大去磁工作点应该在所用永磁材料最大工作温度和最大去磁磁势时退磁曲线拐点以上，并留有一定余量，而对于铁氧体永磁材料的最大去磁工作点应该在最低工作温度和最大去磁磁势时退磁曲线拐点以上，并留有一定余量。
该实用新型采用的直接磁悬浮永磁直线同步电动机，在实现直接驱动的同时能够从根本上消除摩擦实现无摩擦进给，对进一步提高数控机床的加工精度具有重要意义。
Claims (3)
1.一种用于数控进给平台的直接磁悬浮永磁直线同步电动机，包括定子铁心(5)和使用时沿着定子铁心(5)移动的动子铁心(3)，其特征在于：在所述动子铁心(3)内设置有两套电气上相互独立的绕组，其中一套为用于产生电磁推力的推力绕组(2)，另一套为用于调节磁悬浮力的悬浮绕组(1)，所述悬浮绕组(1)设置在推力绕组(2)与定子铁心(5)之间；在所述定子铁心(5)上朝向动子铁心(3)一面设置有永磁体(4)。
2.根据权利要求1所述的用于数控进给平台的直接磁悬浮永磁直线同步电动机，其特征在于：所述悬浮绕组(1)与推力绕组(2)为具有相同相数、相同连接方式和相同极对数的交流绕组；所述推力绕组(2)与产生推力的逆变器相连，所述悬浮绕组(1)与产生磁悬浮的逆变器相连。
3.根据权利要求1或2所述的用于数控进给平台的直接磁悬浮永磁直线同步电动机，其特征在于：所述定子铁心(5)设置在不导磁的电动机底座(7)上。
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| CN104967274A (zh) * | 2015-06-30 | 2015-10-07 | 奇瑞汽车股份有限公司 | 一种直线电动机 |
| CN108106542A (zh) * | 2017-12-22 | 2018-06-01 | 苏州欧鹏自动化设备有限公司 | 直线光栅尺的自动检测装置 |
| CN108757374A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-11-06 | 华中科技大学 | 双边永磁直线电机驱动式柱塞泵 |
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