CN204810117U - 一种双模交替运动直线电机模组 - Google Patents
一种双模交替运动直线电机模组 Download PDFInfo
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Abstract
一种双模交替运动直线电机模组，模组安装底座包括一竖直设置的安装板；直线电机定子安装在安装板的前侧面上；两个直线导轨相互平行地安装在安装板的前侧面上，分别位于直线电机定子的上方和下方；左侧直线电机线圈动子固定地安装在左侧动子安装板的后侧面上；右侧直线电机线圈动子固定地安装在右侧动子安装板的后侧面上；若干个导轨滑块固定地连接左侧动子安装板的后侧面和右侧动子安装板的后侧面；若干个导轨滑块和直线导轨非常稳定地连接起来；右侧动子安装板位于左侧直线电机线圈动子的右侧；光栅尺安装在直线电机定子的下方。本实用新型提高了运动效率，大幅节约了制造成本，整个闭环控制系统动态响应性能大大提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种应用双模交替运动直线电机的加工设备。
背景技术
传统的旋转电机+滚珠丝杠运动系统，从电机到主工作模块之间具有机械传动环节，传动链的长度很长。由于存在一些响应时间常数较大的机械传动件（如丝杠等），使整个闭环控制系统动态响应性能低，反应不够灵敏快捷。
由于丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差，因传动系统滞后带来跟踪误差，并且设备的定位精度很低。
设备启动、变速和换向时，因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成运动滞后现象，传动刚度低。
由于传动丝杠等部件的机械摩擦，运动时噪音很大，能量损耗很大，传动效率很低。
传统的单动子模组，运动效率低，制造成本高。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于：克服了上述技术缺陷，提出一种双模交替运动直线电机模组，提高了运动效率，大幅节约了制造成本，整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷，大大提高设备的定位精度，提高了其传动刚度，速度快，加减速过程短，可以无限延长其行程长度，运动安静，噪音低。
为了解决上述技术问题，本实用新型提出以下技术方案：一种双模交替运动直线电机模组包括一个模组安装底座、一个直线电机定子、两个直线导轨，一个左侧动子安装板、一个左侧直线电机线圈动子、一个右侧动子安装板、一个右侧直线电机线圈动子、若干个导轨滑块、一个光栅尺、一个左侧动子光栅尺读数装置、一个右侧动子光栅尺读数装置；
该模组安装底座包括一竖直设置的安装板；
该直线电机定子安装在该安装板的前侧面上；
该两个直线导轨相互平行地安装在该安装板的前侧面上，分别位于该直线电机定子的上方和下方；
该直线电机定子和该两个直线导轨都是沿水平方向设置；
该左侧直线电机线圈动子固定地安装在该左侧动子安装板的后侧面上；
该右侧直线电机线圈动子固定地安装在该右侧动子安装板的后侧面上；
该若干个导轨滑块固定地连接该左侧动子安装板的后侧面和该右侧动子安装板的后侧面；
该若干个导轨滑块和直线导轨非常稳定地连接起来；
当该若干导轨滑块都对应安装到该两个直线导轨上之后，该左侧动子安装板和右侧动子安装板就被安装在该直线电机定子的前方位置，该右侧动子安装板位于该左侧直线电机线圈动子的右侧，该左侧动子安装板和右侧动子安装板可以沿着该两个直线导轨左右方向滑动；
该光栅尺安装在该直线电机定子的下方；
该左侧动子光栅尺读数装置安装在该左侧动子安装板上；
该左侧动子光栅尺读数装置包括一左侧动子光栅尺读数头支架和一个左侧动子光栅尺读数头；
该左侧动子光栅尺读数头支架安装在该左侧动子安装板上；
该左侧动子光栅尺读数头安装在该左侧动子光栅尺读数头支架上；
该右侧动子光栅尺读数装置安装在该右侧动子安装板上；
该右侧动子光栅尺读数装置包括一右侧动子光栅尺读数头支架和一个右侧动子光栅尺读数头；
该右侧动子光栅尺读数头支架安装在该右侧动子安装板上；
该右侧动子光栅尺读数头安装在该右侧动子光栅尺读数头支架上。
与现有技术相比，本实用新型具有如下技术效果：
一、本实用新型与传统的单动子模组比较：仅在单动子模组的基础上，增加了一个线圈动子和一个光栅尺读数头的成本，运动效率增加了一倍，在提高效率的同时大幅节约了制造成本。
二、本实用新型和传统的旋转电机+滚珠丝杠运动系统的比较：
1、取消了从电机到主工作模块之间的机械传动环节，把传动链的长度缩短为零，因而本实用新型这种传动方式又被称为"零传动"。正是由于这种"零传动"方式，带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性能指标和优点。
2、高速响应，由于本实用新型中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件（如丝杠等），使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。
3、精度方面，本实用新型取消了由于丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差，减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈机制，可大大提高设备的定位精度。
4、动刚度高，本实用新型由于"直接驱动"，避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，同时也提高了其传动刚度。
5、速度快、加减速过程短，由于直线电动机最早主要用于磁悬浮列车（时速可达500Km/h），所以用在设备传动系统驱动中，可以实现超高速切削的最大进个速度（要求达60～100M/min或更高）。也由于上述"零传动"的高速响应性，使其加减速过程大大缩短。以实现起动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停。可获得较高的加速度，一般可达2～10g（g=9.8m/s2），而滚珠丝杠传动的最大加速度一般只有0.1～0.5g。
6、本实用新型在导轨上通过串联直线电动机，就可以无限延长其行程长度。
7、运动安静、噪音低，由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨（无机械接触），其运动时噪音将大大降低。
8、效率高，由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗，传动效率大大提高。
附图说明
图1是本实用新型双模交替运动直线电机模组的立体分解图。
图2是图1中A部分的放大图。
图3是本实用新型双模交替运动直线电机模组的另一个立体分解图。
图4是本实用新型双模交替运动直线电机模组的立体组合图。
图5是本实用新型双模交替运动直线电机模组的另一个立体组合图。
具体实施方式
请参阅图1至图5，一种双模交替运动直线电机模组，其包括一个模组安装底座1、两个模组固定底座2、一个直线电机定子3、两个直线导轨4，一个左侧动子安装板5、一个左侧直线电机线圈动子6、一个右侧动子安装板7、一个右侧直线电机线圈动子8、四个滑块连接块（未标号）、八个导轨滑块10、一个光栅尺11、一个左侧动子光栅尺读数装置12、一个右侧动子光栅尺读数装置（图未示）、一个左侧模块与工作头连接板14、一个右侧模块与工作头连接板15、一个模组左侧封板16、一个模组右侧封板17、一个下部防尘盖板18、一个上部防尘盖板19、一个前部防尘盖板20、两个左侧动子行程原点/限位感应装置21、两个右侧动子行程原点/限位感应装置22、一个左侧动子行程原点/限位感应器片23、一个右侧动子行程原点/限位感应器片24。
该模组安装底座1包括一竖直设置的安装板103。
该两个模组固定底座2分别安装在该模组安装底座1的底部的左右两端，因此，该两个模组固定底座2将该模组安装底座1水平地托举起来。
该直线电机定子3安装在该安装板103的前侧面上。
该两个直线导轨4相互平行地安装在该安装板103的前侧面上，分别位于该直线电机定子3的上方和下方。
该直线电机定子3和该两个直线导轨4都是沿水平方向设置。
该直线导轨4的顶面向下凹设有一个上凹槽42，该直线导轨4的底面向上凹设有一个下凹槽44。
该左侧直线电机线圈动子6固定地安装在该左侧动子安装板5的后侧面上。
该右侧直线电机线圈动子8固定地安装在该右侧动子安装板7的后侧面上。
该四个滑块连接块（未标号）包括两个左侧滑块连接块92和两个右侧滑块连接块94。
该两个左侧滑块连接块92固定地安装在该左侧动子安装板5的后侧面上，分别位于该左侧直线电机线圈动子6的上方和下方。
该两个右侧滑块连接块94固定地安装在该右侧动子安装板7的后侧面上，分别位于该右侧直线电机线圈动子8的上方和下方。
该八个导轨滑块10固定地安装在该两个左侧滑块连接块92和两个右侧滑块连接块94上。
该每个左侧滑块连接块92以及每个右侧滑块连接块94上各自安装有两个导轨滑块10。位于上方的四个导轨滑块10对应于位于上方的直线导轨4，位于下方的四个导轨滑块10对应于位于下方的直线导轨4。
该导轨滑块10的上端向下延伸形成一个上卡块1003，该导轨滑块10的下端向上延伸形成一个下卡块1005。
安装时，该上卡块1003对应卡入该上凹槽42中，该下卡块1005对应卡入该下凹槽44中，这样可以让导轨滑块10和直线导轨4非常稳定地连接起来。
该八个导轨滑块10固定地连接该左侧动子安装板5的后侧面和该右侧动子安装板7的后侧面。
当该八个导轨滑块10都对应安装到该两个直线导轨4上之后，该左侧动子安装板5和右侧动子安装板7就被安装在该直线电机定子3的前方位置，该右侧动子安装板7位于该左侧直线电机线圈动子6的右侧。而且，该左侧动子安装板5和右侧动子安装板7可以沿着该两个直线导轨4左右方向滑动。
该光栅尺11安装在该直线电机定子3的下方。
该左侧动子光栅尺读数装置12安装在该左侧动子安装板5上。
该左侧动子光栅尺读数装置12包括一左侧动子光栅尺读数头支架1201和一个左侧动子光栅尺读数头1203。
该左侧动子光栅尺读数头支架1201安装在该左侧动子安装板5上。
该左侧动子光栅尺读数头1203安装在该左侧动子光栅尺读数头支架1201上。
该右侧动子光栅尺读数装置（图未示）安装在该右侧动子安装板7上。
该右侧动子光栅尺读数装置（图未示）包括一右侧动子光栅尺读数头支架（图未示）和一个右侧动子光栅尺读数头（图未示）。
该右侧动子光栅尺读数头支架（图未示）安装在该右侧动子安装板7上。
该右侧动子光栅尺读数头（图未示）安装在该右侧动子光栅尺读数头支架（图未示）上。
该左侧模块与工作头连接板14固定地安装在该左侧动子安装板5上。
该右侧模块与工作头连接板15固定地安装在该右侧动子安装板7上。
该模组左侧封板16固定安装在该模组安装底座1的左侧端缘。
该模组右侧封板17固定安装在该模组安装底座1的右侧端缘。
该下部防尘盖板18固定在该模组左侧封板16和该模组右侧封板17的底端。
该上部防尘盖板19固定在该模组左侧封板16和该模组右侧封板17的顶端。
该前部防尘盖板20固定在该模组左侧封板16和该模组右侧封板17的前部。
因此，模组安装底座1、模组左侧封板16、模组右侧封板17、下部防尘盖板18、上部防尘盖板19、前部防尘盖板20分别从六个方向，把直线电机定子3、两个直线导轨4，左侧直线电机线圈动子6、右侧直线电机线圈动子8、四个滑块连接块（未标号）、八个导轨滑块10、光栅尺11、左侧动子光栅尺读数装置12、右侧动子光栅尺读数装置（图未示）这些部件都包围起来，防止灰尘进入。
该两个左侧动子行程原点/限位感应装置21安装在该上部防尘盖板19的顶面上。
该两个右侧动子行程原点/限位感应装置22安装在该上部防尘盖板19的顶面上。
该左侧动子行程原点/限位感应器片23安装在该左侧动子安装板5的顶部。
该右侧动子行程原点/限位感应器片24安装在该右侧动子安装板7的顶部。
工作时，左侧直线电机线圈动子6和右侧直线电机线圈动子8和直线电机定子3在磁电作用下通过将封闭式磁场展开为开放式磁场，将电能直接转化为直线运动的机械能，从而实现直线运动。该左侧直线电机线圈动子6和右侧直线电机线圈动子8沿着左右方向做同步运动，可称为“双模交替运动”。
本实用新型具有下列有益效果：
本实用新型包括有左侧直线电机线圈动子6、右侧直线电机线圈动子8这两组独立的线圈动子，并且各装配一个光栅尺读数头即左侧动子光栅尺读数头1203和右侧动子光栅尺读数头（图未示），通过两个独立的光栅尺读数头反馈这两组线圈动子的位移量，实现双动子交替往复直线运动。
本实用新型与传统的单动子模组比较：仅在单动子模组的基础上，增加了一个线圈动子和一个光栅尺读数头的成本，运动效率增加了一倍，在提高效率的同时大幅节约了制造成本。
本实用新型和传统的旋转电机+滚珠丝杠运动系统的比较：
1、取消了从电机到主工作模块之间的机械传动环节，把传动链的长度缩短为零，因而本实用新型这种传动方式又被称为"零传动"。正是由于这种"零传动"方式，带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性能指标和优点。
2、高速响应，由于本实用新型中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件（如丝杠等），使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。
3、精度方面，本实用新型取消了由于丝杠等机械机构产生的传动间隙和误差，减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈机制，可大大提高设备的定位精度。
4、动刚度高，本实用新型由于"直接驱动"，避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，同时也提高了其传动刚度。
5、速度快、加减速过程短，由于直线电动机最早主要用于磁悬浮列车（时速可达500Km/h），所以用在设备传动系统驱动中，可以实现超高速切削的最大进个速度（要求达60～100M/min或更高）。也由于上述"零传动"的高速响应性，使其加减速过程大大缩短。以实现起动时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停。可获得较高的加速度，一般可达2～10g（g=9.8m/s2），而滚珠丝杠传动的最大加速度一般只有0.1～0.5g。
6、本实用新型在导轨上通过串联直线电动机，就可以无限延长其行程长度。
7、运动安静、噪音低，由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨（无机械接触），其运动时噪音将大大降低。
8、效率高，由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗，传动效率大大提高。
本实用新型需要特别补充说明下列几点：
1、该模组安装底座1，优先使用大理石材料。同时根据需要，可以使用铝型材、铸铁等，按装配要求设计按照形状和长度。不影响本实用新型的可行性。
2、本实用新型中，电机行程数据为例举数据，可根据设备的实际需求延长或缩短，不影响本实用新型的可行性。
3、本实用新型中，直线电机类型为扁平型直线电机，可根据设备实际需求选用圆盘型或圆弧型直线电机，按装配要求设计安装。不影响本实用新型的可行性。
Claims (9)
1.一种双模交替运动直线电机模组，其特征在于，其包括一个模组安装底座、一个直线电机定子、两个直线导轨，一个左侧动子安装板、一个左侧直线电机线圈动子、一个右侧动子安装板、一个右侧直线电机线圈动子、若干个导轨滑块、一个光栅尺、一个左侧动子光栅尺读数装置、一个右侧动子光栅尺读数装置；
该模组安装底座包括一竖直设置的安装板；
该直线电机定子安装在该安装板的前侧面上；
该两个直线导轨相互平行地安装在该安装板的前侧面上，分别位于该直线电机定子的上方和下方；
该直线电机定子和该两个直线导轨都是沿水平方向设置；
该左侧直线电机线圈动子固定地安装在该左侧动子安装板的后侧面上；
该右侧直线电机线圈动子固定地安装在该右侧动子安装板的后侧面上；
该若干个导轨滑块固定地连接该左侧动子安装板的后侧面和该右侧动子安装板的后侧面；
该若干个导轨滑块和直线导轨非常稳定地连接起来；
当该若干导轨滑块都对应安装到该两个直线导轨上之后，该左侧动子安装板和右侧动子安装板就被安装在该直线电机定子的前方位置，该右侧动子安装板位于该左侧直线电机线圈动子的右侧，该左侧动子安装板和右侧动子安装板可以沿着该两个直线导轨左右方向滑动；
该光栅尺安装在该直线电机定子的下方；
该左侧动子光栅尺读数装置安装在该左侧动子安装板上；
该左侧动子光栅尺读数装置包括一左侧动子光栅尺读数头支架和一个左侧动子光栅尺读数头；
该左侧动子光栅尺读数头支架安装在该左侧动子安装板上；
该左侧动子光栅尺读数头安装在该左侧动子光栅尺读数头支架上；
该右侧动子光栅尺读数装置安装在该右侧动子安装板上；
该右侧动子光栅尺读数装置包括一右侧动子光栅尺读数头支架和一个右侧动子光栅尺读数头；
该右侧动子光栅尺读数头支架安装在该右侧动子安装板上；
该右侧动子光栅尺读数头安装在该右侧动子光栅尺读数头支架上。
2.根据权利要求1所述的一种双模交替运动直线电机模组，其特征在于，该双模交替运动直线电机模组包括四个滑块连接块、八个上述的导轨滑块；
该四个滑块连接块包括两个左侧滑块连接块和两个右侧滑块连接块；
该两个左侧滑块连接块固定地安装在该左侧动子安装板的后侧面上，分别位于该左侧直线电机线圈动子的上方和下方；
该两个右侧滑块连接块固定地安装在该右侧动子安装板的后侧面上，分别位于该右侧直线电机线圈动子的上方和下方；
该八个导轨滑块固定地安装在该两个左侧滑块连接块和两个右侧滑块连接块上；
该每个左侧滑块连接块以及每个右侧滑块连接块上各自安装有两个导轨滑块，位于上方的四个导轨滑块对应于位于上方的直线导轨，位于下方的四个导轨滑块对应于位于下方的直线导轨。
3.根据权利要求1所述的一种双模交替运动直线电机模组，其特征在于，该双模交替运动直线电机模组还包括两个模组固定底座，该两个模组固定底座分别安装在该模组安装底座的底部的左右两端，因此，该两个模组固定底座将该模组安装底座水平地托举起来。
4.根据权利要求1或2所述的一种双模交替运动直线电机模组，其特征在于，该直线导轨的顶面向下凹设有一个上凹槽，该直线导轨的底面向上凹设有一个下凹槽；
该导轨滑块的上端向下延伸形成一个上卡块，该导轨滑块的下端向上延伸形成一个下卡块；
安装时，该上卡块对应卡入该上凹槽中，该下卡块对应卡入该下凹槽中，这样可以让导轨滑块和直线导轨非常稳定地连接起来。
5.根据权利要求1所述的一种双模交替运动直线电机模组，其特征在于，该双模交替运动直线电机模组还包括一个左侧模块与工作头连接板、一个右侧模块与工作头连接板；该左侧模块与工作头连接板固定地安装在该左侧动子安装板上；该右侧模块与工作头连接板固定地安装在该右侧动子安装板上。
6.根据权利要求1所述的一种双模交替运动直线电机模组，其特征在于，该双模交替运动直线电机模组还包括一个模组左侧封板、一个模组右侧封板、一个下部防尘盖板、一个上部防尘盖板、一个前部防尘盖板；
该模组左侧封板固定安装在该模组安装底座的左侧端缘；
该模组右侧封板固定安装在该模组安装底座的右侧端缘；
该下部防尘盖板固定在该模组左侧封板和该模组右侧封板的底端；
该上部防尘盖板固定在该模组左侧封板和该模组右侧封板的顶端；
该前部防尘盖板固定在该模组左侧封板和该模组右侧封板的前部。
7.根据权利要求6所述的一种双模交替运动直线电机模组，其特征在于，该双模交替运动直线电机模组还包括两个左侧动子行程原点/限位感应装置、两个右侧动子行程原点/限位感应装置、一个左侧动子行程原点/限位感应器片、一个右侧动子行程原点/限位感应器片；
该两个左侧动子行程原点/限位感应装置安装在该上部防尘盖板的顶面上；
该两个右侧动子行程原点/限位感应装置安装在该上部防尘盖板的顶面上；
该左侧动子行程原点/限位感应器片安装在该左侧动子安装板的顶部；
该右侧动子行程原点/限位感应器片安装在该右侧动子安装板的顶部。
8.根据权利要求1所述的一种双模交替运动直线电机模组，其特征在于，该模组安装底座使用大理石材料、铝型材或者铸铁材料。
9.根据权利要求1所述的一种双模交替运动直线电机模组，其特征在于，该直线电机类型为扁平型直线电机、圆盘型或圆弧型直线电机。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104953787A (zh) * | 2015-07-23 | 2015-09-30 | 方锦涛 | 一种双模交替运动直线电机模组 |
| CN107380480A (zh) * | 2017-07-12 | 2017-11-24 | 北京特种机械研究所 | 适用于无人机电磁弹射的试验装置 |
| CN116653620A (zh) * | 2023-07-28 | 2023-08-29 | 苏州元磁智控科技有限公司 | 一种单宽轨圆弧式磁悬浮结构以及方法 |
| CN117200535A (zh) * | 2023-11-06 | 2023-12-08 | 苏州元磁智控科技有限公司 | 一种双轨水平式磁悬浮电机组件 |
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2015
- 2015-07-23 CN CN201520536000.3U patent/CN204810117U/zh not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20151125 Termination date: 20180723 |