CN204858932U - 一种双u磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组，包括双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机、导轨、滑块、光栅尺、读数模组和承载转接板，第一磁轭体、第二磁轭体和第三磁轭体均设置于所述磁轭连接板上，凸杆式无铁芯直线电机包括动子、第一磁轭体、第二磁轭体、第三磁轭体和磁轭连接板，本实用新型采用双U磁轨结构的定子，增加了电机的驱动力，同时将动子设置于第二磁轭体上，并将读数模组设置于动子上，导轨和光栅尺设置于第二磁轭体上，使电机结构扁平，整体结构更紧凑，当电机带载运行时，可以以很高的速度频繁的进行直线往复运动。

Description

一种双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组

技术领域

本实用新型涉及电机技术，特别涉及一种双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组。

背景技术

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。其中，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。

在工业应用中，目前通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。目前，市场上的已有动圈式无铁芯直线电机中，部分采用了双边磁轨“U”型结构，这样虽然提高了电机的驱动力，但双边磁轭及其连接支撑板使得电机体积较大，其运动模组上的光栅编码器、读数头、固定导向导轨都放置在“U”型双边磁轨的外侧，显得整个运动模组体积更大。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推力大、结构紧凑的双U磁轨凸杆式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：

一种双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组，其包括双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机、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；所述凸杆式无铁芯直线电机包括定子和相对所述定子运动的动子，所述定子包括第一磁轭体、第二磁轭体、第三磁轭体和磁轭连接板，第一磁轭体、第二磁轭体和第三磁轭体均设置于所述磁轭连接板上，所述第一磁轭体上设置有第一磁铁组，第二磁轭体的一侧面上设置有第二磁铁组，第二磁轭体的另一侧面上设置有第三磁铁组，所述第三磁轭体上设置有第四磁铁组；所述动子设置于第二磁轭体上，且与第二磁铁组之间具有第一气隙、与第三磁铁组之间具有第二气隙；所述读数模组设置于所述动子上，所述动子设置于所述承载转接板上，所述导轨和光栅尺设置于所述第二磁轭体上，所述读数模组包括读数头和读数头转接板。

所述的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，所述滑块的顶面固定于所述承载转接板上，所述导轨固定于所述第二磁轭体的顶面上。

所述的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，所述动子包括第一线圈组、第二线圈组、第一动子转接固定板、第二动子转接固定板、用于固定第一线圈组和第二线圈组的线圈架；所述第一线圈组的一端和第二线圈组的一端设置于所述线圈架上；所述第一线圈组的另一端设置于所述第一动子转接固定板上，所述第二线圈组的另一端设置于所述第二动子转接固定板上；所述第一动子转接固定板和第二动子转接固定板固定在所述承载转接板上，所述第二磁轭体位于第一线圈组和第二线圈组之间。

所述的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，所述第一线圈组具有用于包围所述第二磁铁组的顶面和两个侧面的第一凹部，第二线圈组具有用于包围所述第三磁铁组的顶面和两个侧面的第二凹部。

所述的双U磁轨凸杆式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第一线圈组的第一装封体和用于封装所述第二线圈组的第二装封体。

所述的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，所述线圈架上设置有用于引出电源线和信号线的通孔。

所述的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，所述第一磁铁组和第二磁铁组均包括若干个N极、S极交错设置、且线性排列的磁铁。

所述的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，所述凸杆式无铁芯直线电机还包括第一挡板和第二挡板，所述第一磁轭体的一端、第二磁轭体的一端和第三磁轭体的一端均设置于所述第一挡板上，第一磁轭体的一端、第二磁轭体的一端和第三磁轭体的一端均设置于所述第二挡板上。

所述的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，所述第二磁轭体的两端具有固定块。

所述的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，所述第一线圈组的截面和第二线圈组的截面均呈C字型。

相较于现有技术，本实用新型提供的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组，包括双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机、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，所述凸杆式无铁芯直线电机包括定子和相对所述定子运动的动子，所述定子包括第一磁轭体、第二磁轭体、第三磁轭体和磁轭连接板，第一磁轭体、第二磁轭体和第三磁轭体均设置于所述磁轭连接板上，采用双U磁轨结构的定子，增加了电机的驱动力，同时将动子设置于第二磁轭体上，并将读数模组设置于所述动子上，所述导轨和光栅尺设置于所述第二磁轭体上，使电机结构扁平，整体结构更紧凑。另外由于采用了双U磁轨结构，在第一磁轭体上设置第一磁铁组，第二磁轭体的一侧面上设置第二磁铁组，第二磁轭体的另一侧面上设置第三磁铁组，所述第三磁轭体上设置第四磁铁组，当电机带载运行时，可以以很高的速度频繁的进行直线往复运动。

附图说明

图1为本实用新型提供的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组的侧视结构示意图。

图2为本实用新型提供的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组中定子的立体结构示意图。

图3为本实用新型提供的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组中动子的立体结构示意图。

图4为本实用新型提供的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组的部分立体结构示意图。

图5为本实用新型提供的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组的立体结构示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种大推力、结构紧凑的凸杆式无铁芯直线电机运动模组，尤其适用于加工检测行业要求高速运行的场合。

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。

请参阅图1、图2、图3和图4，本实用新型提供的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组包括双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机、导轨109、在导轨上滑动的滑块207、光栅尺110、读数模组（图中未标号）和用于承载负载设备的承载转接板206。

其中，所述的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机包括定子10和相对所述定子10运动的动子20，所述定子10包括第一磁轭体101、第二磁轭体104、第三磁轭体102和磁轭连接板103，第一磁轭体101、第二磁轭体104和第三磁轭体102均垂直设置于所述磁轭连接板103上，与磁轭连接板103一起形成双U结构。

所述第一磁轭体101上设置有第一磁铁组105，第二磁轭体104的一侧面上设置有第二磁铁组107，第二磁轭体104的另一侧面上设置有第三磁铁组108，所述第三磁轭体102上设置有第四磁铁组106；所述动子设置于第二磁轭体上，且与第二磁铁组之间具有第一气隙、与第三磁铁组之间具有第二气隙。本实用新型采用双U磁轨，四铁组组定子结构，大大增加电机的驱动力。

请继续参阅图1至图4，所述读数模组设置于所述动子20上，所述动子设置于所述承载转接板206上，所述导轨109和光栅尺110设置于所述第二磁轭体104上。所述动子20通电时与定子10磁场相互作用产生电磁推力，使动子20在定子10上作直线往复运动。

其中，所述定子10的凸杆磁轭是由导磁材料Q235A钢等做成，也可选用更优的导磁性能更好、刚度刚强的材料，且截面呈现一个凸台，所述定子10的凸杆磁轭长度可根据使用工况选取合理长度。

所述第二磁轭体104为凸杆磁轭，其端面呈凸字型，第二磁轭体104不仅是导通汇聚磁场的磁路，而且还同时兼顾支撑动子稳定导向和精准定位控制需要反馈信号等作用。具体地，“凸”下半部分主要作为导通磁路的作用，上半部分的侧面可安装用于双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组运行需要的光栅尺110、导轨109等，可以保证动子运行时与定子间的第一间隙和第二间隙的大小，确保双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组可以精确的实现高速频繁往复直线运行。

所述导轨109呈长条状，所述导轨109固定在第二磁轭体的顶面上，所述滑块207的顶面固定于所述承载转接板206上，通过滑块207在导轨109上滑块，带动整个动子做直线往复运动。

所述导轨109均为直线导轨，具体为IKO直线导轨、NSK直线导轨、HIWIN直线导轨等（其中，IKO、NSK、HIWIN为导轨品牌），且不局限于某个型号，其具体结构为现有技术，此处不作详述。

请一并参阅图5，所述凸杆式无铁芯直线电机还包括第一挡板111和第二挡板112，所述第一磁轭体101的一端、第二磁轭体104的一端和第三磁轭体102的一端均设置于所述第一挡板111上，第一磁轭体101的一端、第二磁轭体104的一端和第三磁轭体102的一端均设置于所述第一挡板112上，该第一挡板111和第二挡板112主要用于限制动子20的最大行程，防止动子20滑出导轨。同时，所述第二磁轭体的两端具有固定块701，用于第二磁轭体和动子的安装固定，其安装方式多种多样，本实用新型对此不作限制。

本实施例中，所述读数模组包括读数头208和读数头转接板209，所述读数头转接板209通过螺孔设置于动子20的第二动子转接固定板205上，所述读数头208设置于读数头转接板209上。所述光栅尺110可采用雷尼绍、海德汉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208获取光栅尺110的数据，获取动子20运动的位移。

请继续参阅图1至图4，所述第一磁铁组105、第二磁铁组107、第三磁铁组108和第四磁铁组106均包括若干个N极、S极交错设置、且线性排列的磁铁。如图1的视角，若一块磁铁的N极向右、S极向左，则与其相邻的磁铁则为N极向左、S极向右排列，且各磁铁排列成一条直线。第二磁铁组107和第三磁铁组108粘贴在第二磁轭体104的两个相背的表面上，增大了电机的推力，而且使电机结构扁平。

具体地，各磁铁为模块化永磁磁铁，可以分段拼接，各磁铁组的长度可以根据定子的长度匹配设计。具体的，所述磁铁为海尔贝克永磁磁铁、钕铁硼永磁磁铁、稀土永磁磁铁等，粘贴在定子两个相对的侧面上。

请继续参阅图1和图2，所述动子包括第一线圈组201、第二线圈组202、第一动子转接固定板204、第二动子转接固定板205、用于固定第一线圈组201和第二线圈组202的线圈架203；所述第一线圈组201的一端和第二线圈组202的一端设置于所述线圈架203上；所述第一线圈组201的另一端设置于所述第一动子转接固定板204上，所述第二线圈组202的另一端设置于所述第二动子转接固定板205上；所述第一动子转接固定板204和第二动子转接固定板205固定在所述承载转接板303上，所述第二磁轭体位于第一线圈组和第二线圈组之间。

本实用新型采用双侧动子线圈与线圈架203及第一动子转接固定板204、第二动子转接固定板205稳固连接，使双侧动线圈与线圈架连接成一体，保证了双侧动子同步稳固的运行，从而可以同步带负载稳定运行。并且在每个线圈组的两侧均设置磁铁组，进一步增加了对子的驱动力，可使电机更高速的运行。

具体实施时，所述第一线圈组201和第二线圈组202的端部通过螺钉和强力胶层固定在线圈架203上，本发明采用双重连接固定方式，保证线圈架203稳固连接第一线圈组201和第二线圈组202的端部，增大了线圈端部与线圈架的连接面积，刚度强，保证了两侧动子可以同步稳定运行，实现同步直驱负载，并且在线圈架203的侧面上设置有用于引出电源线（图中未标号）和信号线（图中未示出）的通孔。

在所述第一线圈组201的另一端设置有第一动子转接固定板204，相应地，所述第二线圈组202的另一端设置有第二动子转接固定板205，该第二动子转接固定板205用于安装读数头208等。具体地，第一动子转接固定板204和第二动子转接固定板205也通过螺钉和强力胶层分别固定在第一线圈组201和第二线圈组202上，使动子更稳固。

请继续参阅图1和图2，所述第一线圈组201具有用于包围所述第二磁铁组107的顶面和两个侧面的第一凹部（图中未标出），第二线圈组202具有用于包围所述第一磁铁组108的顶面和两个侧面的第二凹部（图中未标出）。本实施例中，所述第一线圈组的截面和第二线圈组的截面均呈C字型。

本实用新型采用动子线圈设计成凹部的结构可使得动子的横向宽度更小，且“C”型结构使得线圈端部更靠近永磁体端部，充分利用端部磁场，一定程度上也可使得电机出力更大一点。并且，C字型结构使线圈端部与动子转接固定板和线圈架的连接面积更大，使动子刚度更强。

本实用新型采用双U磁轨，四组磁铁分别位于动子线圈组的两侧，其磁场与分布在两侧的动线圈产生的磁场相互作用，推力比单侧磁铁要大得多，当运动模组直接驱动较轻负载时，可以精确的实现高速频繁往复直线运行。

请继续参阅图1至图3，本实用新型的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组中，所述动子20还包括用于封装所述第一线圈组201的第一装封体（图中未示出）和用于封装所述第二线圈组202的第二装封体（图中未示出）。其中，第一装封体和第二装封体均为环氧树脂体，线圈组通过环氧树脂真空灌注形成，然后与线圈架203紧固连接，进一步增加了动子的刚度。

本实用新型实施例中，所述第一线圈组201为三组，每个线圈组中的每个线圈均呈C字型，因此，每个线圈组由若干个C字型线圈叠绕而成。如图1和图2所示，所述第一线圈组201包括第一弯折部、第二弯折部和第一中间部，所述第二弯折部的端面和侧面连接于所述线圈架203上，从而增加了第一线圈组201与线圈架203的接触面积，所述第一弯折部的端面和侧面连接于所述第一动子转接固定板204上，增加了第一线圈组201与第一动子转接固定板204的接触面积，使第一线圈组的刚度更强。所述第一动子转接固定板204呈L型，所述第一弯折部2011与第二弯折部2012之间形成所述第一凹部，从而可包围第一磁铁组的顶面和两个侧面，减少了双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组对周围环境的漏磁辐射。

第二线圈组包括第三弯折部、第四弯折部和第二中间部，所述第四弯折部的端面和侧面连接于所述线圈架上，所述第三弯折部与第四弯折2022部之间形成所述第二凹部，所述第三弯折部的端面和侧面连接于所述第二动子转接固定板上。由于第二线圈组与第一线圈组的结构对称，此处不作详述。

请继续参阅图1至图4，所述线圈架203呈T字型，中部位于定子的底面处，第一线圈组201和第二级圈组202位于线圈架的两侧，并且通过线圈架203、第一线圈组201和第二级圈组202包围第二磁轭体的底面和两个侧面，减少了双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组对周围环境的漏磁辐射，而且推力更大。

所述第一凹部和第二凹部截面为直角梯形，即第二弯折部与第三磁铁组107相邻的侧面为斜面，本实用新型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与第二磁轭体104的装配，另一方面还有利于第一线圈组201和第二线圈组202通风散热，确保电机的性能。

进一步的，所述动子的数量可以为两个以上，相应地，读数模组、承载转接板的数量均为两个以上。具体地，两动子可共用定子、导轨、光栅尺等。在不同驱动器控制下，通过不同动子的读数头，实时反馈采样电机位置信号，不同的动子间可以独立工作带动负载运行，进行同一工序或者不同工序的同时工作，运行效率成倍提高。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组推力大、结构紧凑、刚度强，尤其适用于要求精确的快速取放料来提高生产效率的场合。

2、本实用新型提供的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组采用了双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机，推力比单边无铁芯直线电机和单U磁轨电机大很多。双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机的定子中间磁轨呈凸杆状，集合导通磁路、固定导向动子、配合位置控制等多功能用途于一体，结构更紧凑。

3、本实用新型提供的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组，通过对动子级圈组叠绕的端部线圈整型，然后通过环氧树脂等封装成类“C”型外形，“C”型结构使得动子横向宽度更小。

4、本实用新型提供的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组采用叠绕线圈比集中绕组推力密度更大，且“C”型结构与单边型的“T”型结构相比，增加了绕组端部与线圈架、动子转接固定板之间的接触面积，提高了散热效率，两侧线圈动子通过线圈架连接成一体，刚度强，更加有助于双线圈同步实现驱动负载，精度更高。

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)

1.一种双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，包括双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机、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；所述凸杆式无铁芯直线电机包括定子和相对所述定子运动的动子，所述定子包括第一磁轭体、第二磁轭体、第三磁轭体和磁轭连接板，第一磁轭体、第二磁轭体和第三磁轭体均设置于所述磁轭连接板上，所述第一磁轭体上设置有第一磁铁组，第二磁轭体的一侧面上设置有第二磁铁组，第二磁轭体的另一侧面上设置有第三磁铁组，所述第三磁轭体上设置有第四磁铁组；所述动子设置于第二磁轭体上，且与第二磁铁组之间具有第一气隙、与第三磁铁组之间具有第二气隙；所述读数模组设置于所述动子上，所述动子设置于所述承载转接板上，所述导轨和光栅尺设置于所述第二磁轭体上，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所述的双U磁轨凸杆式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承载转接板上，所述导轨固定于所述第二磁轭体的顶面上。

3.根据权利要求1所述的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述动子包括第一线圈组、第二线圈组、第一动子转接固定板、第二动子转接固定板、用于固定第一线圈组和第二线圈组的线圈架；所述第一线圈组的一端和第二线圈组的一端设置于所述线圈架上；所述第一线圈组的另一端设置于所述第一动子转接固定板上，所述第二线圈组的另一端设置于所述第二动子转接固定板上；所述第一动子转接固定板和第二动子转接固定板固定在所述承载转接板上，所述第二磁轭体位于第一线圈组和第二线圈组之间。

4.根据权利要求3所述的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述第一线圈组具有用于包围所述第二磁铁组的顶面和两个侧面的第一凹部，第二线圈组具有用于包围所述第三磁铁组的顶面和两个侧面的第二凹部。

5.根据权利要求3所述的双U磁轨凸杆式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第一线圈组的第一装封体和用于封装所述第二线圈组的第二装封体。

6.根据权利要求3所述的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述线圈架上设置有用于引出电源线和信号线的通孔。

7.根据权利要求1所述的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述第一磁铁组和第二磁铁组均包括若干个N极、S极交错设置、且线性排列的磁铁。

8.根据权利要求1所述的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述凸杆式无铁芯直线电机还包括第一挡板和第二挡板，所述第一磁轭体的一端、第二磁轭体的一端和第三磁轭体的一端均设置于所述第一挡板上，第一磁轭体的一端、第二磁轭体的一端和第三磁轭体的一端均设置于所述第二挡板上。

9.根据权利要求1所述的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述第二磁轭体的两端具有固定块。

10.根据权利要求3所述的双U磁轨凸杆式无铁芯直线电机运动模组，其特征在于，所述第一线圈组的截面和第二线圈组的截面均呈C字型。