CN204858929U - 一种单侧c型无铁芯直线电机运动模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单侧C型无铁芯直线电机运动模组，包括C型无铁芯直线电机、导轨、光栅尺、读数模组和承载转接板，C型无铁芯直线电机包括：定子、动子和磁铁组，导轨和光栅尺装设于定子上，所述动子包括线圈组，所述线圈组具有用于包围所述磁铁组的顶面和两个侧面的凹部，所述磁铁组与凹部之间具有气隙，所述线圈组和读数模组装设于所述承载转接板上。本实用新型使用了C型无铁芯直线电机，该电机通过将线圈组设置凹部来包围磁铁组的顶面和两个侧面，使动子两端更靠近永磁体的端部，并且将磁铁组单排设置在定子上，使磁轭体积可做得更小，使得单侧C型无铁芯直线电机运动模组的结构更紧凑，同时增加了线圈组与承载转接板的连接面积，增加了动子的刚度。

Description

一种单侧C型无铁芯直线电机运动模组

技术领域

本实用新型涉及直线电机技术，特别涉及一种单侧C型无铁芯直线电机运动模组。

背景技术

无铁芯直线电机具有零齿槽效应、零定位力、动子与定子之间没有吸引力、宽速度范围、高动态性能、极平稳的运行、极高的定位精度、振动噪声小等优点，使得无铁芯直线电机广泛用于精密加工机床领域，尤其适用于半导体光刻、PC板检查和钻孔、晶片处理加工、离子注入、电子装配及坐标测量等精密伺服领域。

无铁芯直线电机可分为动磁钢型和动线圈型，要根据不同应用场合来选择。在纺织取放料、SMT抓取等设备中，目前都常采用动线圈型无铁芯直线电机，其优点是运动部件的重量较轻，加速度大，但缺点是电缆在移动，有可能产生故障。而在纺织和SMT等设备中，要求电机运动模块体积最小化，尤其是对模块的厚度有严格限制。

目前，市场上已有的动圈式无铁芯直线电机技术一般都采用双边磁轨“U”型结构，这样虽然提高了电机的驱动力，但是磁体数量是有铁芯直线电机的两倍，且双边磁轭及其连接支撑板使得电机体积较大，其运动模组的光栅编码器、读数头、固定导向导轨都放置在“U”型双边磁轨两侧，显得整个运动模组体积更大。

除此之外，这种“U”型双边磁轨无铁芯直线电机高速运动时，电机的反电动势比较大，对直流母线电压要求也较高，从而不利于高速运动；若无铁芯直线电机采用单边磁轨结构，电机推力又往往不足，只能带轻载运行。

因而现有技术还有待改进和提高。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种结构紧凑、刚度强的单侧C型无铁芯直线电机运动模组。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种单侧C型无铁芯直线电机运动模组，其包括C型无铁芯直线电机、导轨、在导轨上滑动的滑块、光栅尺、读数模组和用于承载负载设备的承载转接板，所述C型无铁芯直线电机包括：定子、至少一个相对所述定子运动的动子和设置在所述定子上的磁铁组，所述导轨和光栅尺装设于所述定子上，所述动子包括线圈组，所述线圈组具有用于包围所述磁铁组的顶面和两个侧面的凹部，所述磁铁组与凹部之间具有气隙，所述线圈组和读数模组装设于所述承载转接板上，所述读数模组包括读数头和读数头转接板。

所述的单侧C型无铁芯直线电机运动模组中，所述定子包括第一磁轭部分、第二磁轭部分和承载固定部分，所述第一磁轭部分高于第二磁轭部分，所述第二磁轭部分高于承载固定部分。

所述的单侧C型无铁芯直线电机运动模组中，所述定子的两端还设置有挡板。

所述的单侧C型无铁芯直线电机运动模组中，所述线圈组包括第一弯折部和第二弯折部，所述第二弯折部的端面和侧面连接于所述承载转接板上，所述第一弯折部与第二弯折部之间形成所述凹部。

所述的单侧C型无铁芯直线电机运动模组中，所述承载转接板包括第一部分、第二部分和第三部分，所述线圈组装设于所述第一部分上，所述读数模组装设于所述第三部分上。

所述的单侧C型无铁芯直线电机运动模组中，所述滑块的顶面固定于所述第二部分上。

所述的单侧C型无铁芯直线电机运动模组中，所述线圈的截面呈C字型。

所述的单侧C型无铁芯直线电机运动模组中，所述承载转接板上还设置有用于吸附物料的吸嘴。

所述的单侧C型无铁芯直线电机运动模组中，所述动子还包括用于封装所述线圈组的装封体。

所述的单侧C型无铁芯直线电机运动模组中，所述动子的数量为两个以上。

相较于现有技术，本实用新型提供的单侧C型无铁芯直线电机运动模组，包括C型无铁芯直线电机、导轨、滑块、光栅尺、读数模组和用于承载负载设备的承载转接板，所述C型无铁芯直线电机包括：定子、至少一个相对所述定子运动的动子和设置在所述定子上的磁铁组，所述导轨和光栅尺装设于所述定子上，所述动子包括线圈组，所述线圈组和读数模组装设于所述承载转接板上，所述线圈组具有用于包围所述磁铁组的顶面和两个侧面的凹部，所述磁铁组与凹部之间具有气隙。本实用新型使用了C型无铁芯直线电机，该电机通过将线圈组设置凹部来包围所述磁铁组的顶面和两个侧面，使动子两端更靠近永磁体的端部，并且将磁铁组单排设置在定子上，使磁轭体积可做得更小，使得单侧C型无铁芯直线电机运动模组的结构更紧凑。同时，本实用新型还通过在线圈组上设置凹部来包围所述磁铁组的顶面和两个侧面，减少了动子的横向宽度，同时增加了线圈组与承载转接板的连接面积，增加了动子的刚度。

附图说明

图1为本实用新型第一较佳实施例提供的单侧C型无铁芯直线电机运动模组的俯视结构示意图。

图2为本实用新型第一较佳实施例提供的单侧C型无铁芯直线电机运动模组的立体结构示意图。

图3为本实用新型第一较佳实施例提供的单侧C型无铁芯直线电机运动模组的侧视结构示意图。

图4为本实用新型第二较佳实施例提供的单侧C型无铁芯直线电机运动模组的侧视结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种推力密度适中、结构扁平、刚度强、速度高、工作效率高的单侧C型无铁芯直线电机运动模组，尤其适用于纺织、SMT行业抓取放料等对运动模组的体积有严格约束、且要求高速运行的精密运动平台上。

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型的单侧C型无铁芯直线电机运动模组整体结构扁平，推力密度适中，当电机带轻载运行时，可以以很高的速度频繁的进行直线往复运动，尤其适用在对运动模组体积有严格约束的快速取放料场合。请参阅图1、图2和图3，本实用新型第一较佳实施例提供的单侧C型无铁芯直线电机运动模组包括C型无铁芯直线电机（图中未标号）、导轨104、光栅尺105、读数模组（图中未标号）、用于承载负载设备的承载转接板202和滑块203，所述滑块203滑动设置在所述导轨104上，所述C型无铁芯直线电机包括：定子10、至少一个相对所述定子10运动的动子20和设置在所述定子10上的磁铁组（图中未标号），动子20通电时与定子10的磁场相互作用产生电磁推力，使动子20在定子10的一侧作直线往复运动。

其中，所述动子20包括线圈组201，线圈组201和读数模组装设于所述承载转接板202上，所述线圈组201位于所述承载转接板202的一侧，读数模组位于承载转接板202的另一侧，使得动子20结构比传统结构更紧凑。

所述线圈组201具有用于包围所述磁铁组的顶面和两个侧面的凹部（图中未标号），使所述磁铁组与凹部之间具有气隙40，使动子两端更靠近永磁体的端部，并且动子20呈C型结构，减小了动子20的横向宽度，使单侧C型无铁芯直线电机运动模组紧凑。所述导轨起支撑及导向的作用，光栅尺105用于反馈电机运行信号，实现精确定位。

本实用新型提供的单侧C型无铁芯直线电机运动模组中，所述动子20与定子10的磁极间没有齿槽力，通过在动子20上设置凹部，在动子20运动时该凹部可包围磁铁组的顶面和两个侧面，使得动子20两端与定子10之间约束了一部分漏磁辐射，减少了C型无铁芯直线电机对周围环境的漏磁辐射，该凹部的结构使动子20两端更靠近永磁体的端部，充分利用端部磁场，增加了线圈与承载转接板202之间的紧固力。

另外，本实用新型通过在线圈组201的下部分设置凹部，使线圈组201的端面呈C字型，减少了动子20的横向宽度，同时增加了线圈组201与承载转接板202的连接面积，增加了动子20的刚度、使直线电机结构更紧凑、体积更小，而且只需使用单侧磁极结构，成本低，在工作时，响应快，控制精度高。

其中，所述导轨104为直线导轨，具体为IKO、NSK、HIWIN等品牌直线导轨，且不局限于某个型号，具体结构为现有技术，此处不作详述。

请继续参阅图1和图2，所述定子10包括第一磁轭部分101、第二磁轭部分102和承载固定部分103，所述第一磁轭部分101高于第二磁轭部分102，所述第二磁轭部分102高于承载固定部分103。所述导轨104装设于所述承载固定部分103上，使动子20沿导轨104直线滑动。

其中，第一磁轭部分101、第二磁轭部分102和承载固定部分103由导磁材料Q235A钢等制成，并为一体成型结构，增强了定子10的强度，所述定子10并非局限于Q235A钢材料，可选用更优的、导磁性能更好、刚度刚强的材料。

请继续参阅图1和图2，所述磁铁组包括若干个N极、S极交错设置、且线性排列的磁铁30。如图1的视角，若一块磁铁30的N极向上、S极向下，则与其相邻的磁铁则为N极向下、S极向上排列，且各磁铁30排列成一条直线。具体地，各磁铁30可以分段拼接，磁铁组的长度可以根据定子10的长度匹配设计。具体的，所述磁铁30为海尔贝克永磁磁铁、钕铁硼永磁磁铁、稀土永磁磁铁等。因此，定子10的长度也可以根据工作需要选取合理的长度，不局限于具体的尺寸。

请继续参阅图1和图2，本实用新型的单侧C型无铁芯直线电机运动模组中，所述动子20包括还用于封装所述线圈组201的装封体（图中未示出）。本实施例中，装封体为环氧树脂体，线圈组201通过环氧树脂真空灌注形成，然后与承载转接板202坚固连接进一步增加了动子20的刚度。

本实用新型实施例中，所述动子20的截面呈C字型，所述线圈组201为三组，每个线圈组201中的每个线圈均呈C字型，因此，每个线圈组201由若干个C字型线圈叠绕而成。如图1至图3所示，所述线圈组201包括第一弯折部2011、第二弯折部2013和中间部分2012，所述第二弯折部2013的端面和侧面连接于所述承载转接板202上，从而增加了线圈组201与承载转接板202的接触面积，使线圈组201的刚度更强。所述第一弯折部2011与第二弯折部2013之间形成所述凹部，从而可包围磁铁组的顶面和两个侧面，减少了单侧C型无铁芯直线电机运动模组对周围环境的漏磁辐射。

本实用新型将动子20设计成类C字型结构，减小了线圈组201的横向宽度，同时还增加了第二弯折部2013与承载转接板202之间的面积，使动子20刚度更强。本实用新型只需采用单侧磁极结构，成本低，在直接驱动负载作频繁的往复运动时的响应快，可实现负载的高速精密定位，尤其适用于轻载高速精密定位运动平台上。

具体的，所述承载转接板202包括第一部分2021、第二部分2024和第三部分2025，所述线圈组201装设于所述第一部分2021上，所述读数模组装设于所述第三部分2025上。具体的，线圈组201的第二弯折部2013的端面和侧面连接于第一部分2021上，该第一部分2021呈反L型，与线圈组201的连接面积大。

所述承载转接板202上还设置有用于吸附物料的吸嘴2023，该吸嘴2023用于吸附物料，主要用于SMT装贴操作。将吸嘴2023设置于所承载转接板202上便于快速取放物料。本实施例中，所述读数模组包括读数头204和读数头转接板205，所述读数头转接板205装设于第三部分2025上，所述读数头204装设于读数头转接板205上。所述光栅尺1051可采用雷尼绍、海德汉等公司出厂的光栅编码器，且不局限于某型号，具体结构为现有技术，此处不作详述。在运动时，读数头204获取光栅尺105的数据，获取动子20运动的位移。

请参阅图1至图3，所述滑块203的顶面固定于所述第二部分2024上，使线圈组201随滑块203一起，沿导轨104做直接运动，并且可保证动子20运行时与定子10间的气隙40的大小，光栅编码器与动子20上的读数头204相配合，进行实时位置反馈，可以保证电机精准的定位运行。

所述承载转接板202用于连接负载转换板（图中未示出），其由非磁性材料构成，在安装后承载转接板202的顶面与动子的顶面平齐，从而确保动子20与定子10装配后平整。

进一步的，所述凹部的截面为直角梯形或矩形，且凹部的截面优选为直角梯形，即第二弯折部2013与磁铁组相邻的侧面为斜面，采用斜面的设计一方面增加了动子20的装配空间，便于动子20与定子10的装配，另一方面还有利于线圈组201通风散热，确保电机的性能。

请再次参阅图1至图3，所述承载转接板202上设置有用于引出电源线和信号线的通孔2022，电源线和信号线从承载转接板202中引出，便于布线，防止运动过程中出现故障，而且也节省了布线空间。

请再次参阅图1至图3，所述定子10的两端还设置有挡板501，该挡板501主要用于限制动子20的最大行程，防止动子20从定子10上滑出。所述挡板501上设置有安装固定孔5011等，可将单侧C型无铁芯直线电机运动模组固定在加工设备上。

为了进一步提高工作效率，所述动子的数量为两个以上，不同的动子（如图4中的20、60）间可以独立工作带动如吸嘴2023等负载运行，进行同一工序或者不同工序的同时工作，运行效率极高。进一步的，本实用新型可以由动子20、60同时工作，且进行不同工序的进行，各个动子间运动方式机动灵活，可根据实际工况进行设置，提高了设备的适应能力，各个动子高速精确的运行，也大大提高了工作效率。

为了使动子结构更紧凑，两个动子20、60共用一个定子10和光栅尺105，在不同驱动器控制下，通过不同读数头204、601，实时反馈采样电机位置信号，动子20、60就可以进行单独工作，在同一时间抓取不同物料，进行不同工序，也可以两者在同一驱动器作用下实现同步工作，进一步使得单侧C型无铁芯直线电机运动模组的结构更加紧凑。

由于动子为两个以上，所以与动子配合工作的线圈组201、读数模组、承载转接板202、滑块203、吸嘴2023等均为两个以上，挡板501的数量根据动子的数量设置，当挡板501为两个时，可设置在定子10的两端，当挡板501为三个时，可将其中一个挡板501设置在定子10中间，由两个挡板501限制一个动子20的行程。

本实用新型与现有技术相比有益效果如下：

1、本实用新型提供的单侧C型无铁芯直线电机运动模组，其定子和动子均可模块化，推力密度适中、结构扁平、刚度强、速度快、工作效率高，尤其适用于纺织、SMT行业抓取放料对运动模组的体积有严格约束，且要求高速运行的精密运动平台上。而且，采用单边磁轨结构，成本比传统双边“U”型单侧无铁芯直线电机运动模组低很多。

2、本实用新型提供的单侧C型无铁芯直线电机运动模组采用单边动线圈C型无铁芯直线电机驱动，推力比传统的单边无铁芯直线电机大，推力密度虽然不如双边“U”型磁极无铁芯直线电机，但正因为推力密度适中的特点，使其高速运行反电势不至于过大，对母线直流电压要求低，对电子元器件要求较低，有助于降低成本，所以本实用新型的单侧C型无铁芯直线电机运动模组工作时，可以以高速更可靠的运行，带轻载运行时，优势更明显。

3、在本实用新型提供的单侧C型无铁芯直线电机运动模组中，定、动子都可模块化，结构简单，且磁铁在定子上单排排列，使磁轭体积可做得比较小，电机的定子磁极板集导通磁路、固定导向动子、配合位置控制等多功能用途于一体，结构更扁平，更紧凑。

4、在本实用新型提供的单侧C型无铁芯直线电机运动模组中，对线圈组的叠绕的端部整型，然后通过环氧树脂等将动子封装成类“C”型外形，使得动子横向宽度更小，并且与承载转接板的连接面积大，使动子刚度强。

5、在本实用新型提供的单侧C型无铁芯直线电机运动模组中，动子采用叠绕线圈比集中绕组推力密度更大，且“C”型结构与传统的单边型的“T”型结构相比，增加了绕组端部与初级连接件的接触面积，提高了散热效率，刚度更强。

6、在本实用新型提供的单侧C型无铁芯直线电机运动模组中，在定子上可以放置多个动子，不同的动子间可以独立工作带动如吸嘴等负载运行，进行同一工序或者不同工序的同时工作，运行效率极高，尤其适用在对运动模组体积有严格约束的快速取放料场合。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种单侧C型无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，包括C型无铁芯直线电机、导轨、在导轨上滑动的滑块、光栅尺、读数模组和用于承载负载设备的承载转接板，所述C型无铁芯直线电机包括：定子、至少一个相对所述定子运动的动子和设置在所述定子上的磁铁组，所述导轨和光栅尺装设于所述定子上，所述动子包括线圈组，所述线圈组具有用于包围所述磁铁组的顶面和两个侧面的凹部，所述磁铁组与凹部之间具有气隙，所述线圈组和读数模组装设于所述承载转接板上，所述读数模组包括读数头和读数头转接板。

2.根据权利要求1所述的单侧C型无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述定子包括第一磁轭部分、第二磁轭部分和承载固定部分，所述第一磁轭部分高于第二磁轭部分，所述第二磁轭部分高于承载固定部分。

3.根据权利要求2所述的单侧C型无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述定子的两端还设置有挡板。

4.根据权利要求1所述的单侧C型无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述线圈组包括第一弯折部和第二弯折部，所述第二弯折部的端面和侧面连接于所述承载转接板上，所述第一弯折部与第二弯折部之间形成所述凹部。

5.根据权利要求1所述的单侧C型无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述承载转接板包括的第一部分、第二部分和第三部分，所述线圈组装设于所述第一部分上，所述读数模组装设于所述第三部分上。

6.根据权利要求5所述的单侧C型无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述滑块的顶面固定于所述第二部分上。

7.根据权利要求1所述的单侧C型无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述线圈的截面呈C字型。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的单侧C型无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述承载转接板上还设置有用于吸附物料的吸嘴。

9.根据权利要求1所述的单侧C型无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述动子还包括用于封装所述线圈组的装封体。

10.根据权利要求1所述的单侧C型无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述动子的数量为两个以上。