CN212665427U - 主动磁悬浮导轨平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了主动磁悬浮导轨平台，滑箱上壁设有直线电机、第一法向支承电磁铁和第二法向支承电磁体，滑箱的左侧壁设有第一导向电磁铁和第二导向电磁铁，滑箱的右侧壁设有第三导向电磁铁和第四导向电磁铁，滑箱的下壁设有第三法向支承电磁铁和第四法向支承电磁铁，第三法向支承电磁铁设有第一位移传感器，第四法向支承电磁铁设有第二位移传感器，第一位移传感器用于检测导板和第三法向支承电磁铁之间的间隙，第二位移传感器用于检测导板和第四法向支承电磁铁之间的间隙。该主动磁悬浮导轨平台设计的支架，使得安装于支架上的法向支承电磁铁的4个约束点理论平面充分接近实平际面时，不但颤振得到解决，而且承载力能得到提升。

Description

主动磁悬浮导轨平台

技术领域

本实用新型涉及主动磁悬浮的技术领域，具体涉及主动磁悬浮导轨平台。

背景技术

众所周知，机床导轨是机床的基本结构要素。机床的加工精度、加工效率和使用寿命很大程度上取决于机床导轨的质量。随着技术的不断进步，对高档数控机床的导轨提出更高的要求，要做到高速进给时不振动，低速进给时不爬行；要具有更高的响应速度，并能在重载下长期连续工作；耐磨性高，精度保持性好等特点。对于大多数现有机床导轨，不可避免地存在重载、高速下的磨损问题，而且存在一定的摩擦系数，进给速度不能发挥到极大。

现有的主动磁悬浮导轨很难成为实用的机床导轨，原因是当载荷靠近小刚度的那个支承点时，很容易造成失稳。当机床导轨的长度加长时，约束点就要远多于3个，更加无法用这种主约束与副约束结合的方法来实现平面法向约束了。

实用新型内容

本实用新型的目的提供主动磁悬浮导轨平台，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。

根据本实用新型的主动磁悬浮导轨平台，包括底座、设于所述底座的导板、套设于所述导板的滑箱以及设于所述底座的控制器，所述滑箱上壁设有直线电机、第一法向支承电磁铁和第二法向支承电磁铁，所述滑箱的左侧壁设有第一导向电磁铁和第二导向电磁铁，所述滑箱的右侧壁设有第三导向电磁铁和第四导向电磁铁，所述滑箱的下壁设有第三法向支承电磁铁和第四法向支承电磁铁，所述第三法向支承电磁铁设有第一位移传感器，所述第四法向支承电磁铁设有第二位移传感器，所述第一位移传感器用于检测导板和第三法向支承电磁铁之间的间隙，所述第二位移传感器用于检测导板和第四法向支承电磁铁之间的间隙，所述控制器分别与所述第一位移传感器、第二位移传感器、第一法向支承电磁铁、第二法向支承电磁铁、第三法向支承电磁铁以及第四法向支承电磁铁电连接。

在一些实施方式中，控制器与所述第一法向支承电磁铁和第三法向支承电磁铁之间设有第一放大器，所述控制器与所述第二法向支承电磁铁和第四法向支承电磁铁之间设有第二放大器。

在一些实施方式中，滑箱上壁对称设有第一支架和第二支架，所述第一支架用于安装第一法向支承电磁铁，所述第二支架用于安装第二法向支承电磁铁，所述滑箱下壁对称设有第三支架和第四支架，所述第三支架用于安装第三法向支承电磁铁，所述第四支架用于安装第四法向支承电磁铁，所述滑箱左侧壁设有第五支架，所述第五支架用于安装所述第一导向电磁铁和第二导向电磁铁，所述滑箱右侧壁设有第六支架，所述第六支架用于安装所述第三导向电磁铁和第四导向电磁铁。

在一些实施方式中，第一支架、第二支架、第三支架以及第四支架均为“凵”字形支架，所述第五支架和第六支架均为“工”字形支架。

在一些实施方式中，第五支架包括第一竖杆、第一横杆以及第二竖杆，所述第一横杆分别于所述第一竖杆和第二竖杆垂直设置，所述第一竖杆固定于所述滑箱的左侧壁，所述第一导向电磁铁固定于所述第一横杆的上方，所述第二导向电磁铁固定于所述第一横杆的下方；所述第六支架包括第三竖杆、第二横杆以及第四竖杆，所述第二横杆分别于所述第三竖杆和第四竖杆垂直设置，所述第三竖杆固定于所述滑箱的右侧壁，所述第三导向电磁铁固定于所述第二横杆的上方，所述第四导向电磁铁固定于所述第二横杆的下方。

在一些实施方式中，控制器为单片机。

有益效果：本实用新型主动磁悬浮导轨平台设计的支架，使得安装于支架上的法向支承电磁铁的4个约束点理论平面充分接近实平际面时，不但颤振得到解决，而且承载力能得到提升。

附图说明

图1为本实用新型的一种实施方式的主动磁悬浮导轨平台的结构示意图；

图2为本实用新型的一种实施方式的主动磁悬浮导轨平台的结构示意图；

图3为本实用新型的一种实施方式的主动磁悬浮导轨支架的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1和2所示：

主动磁悬浮导轨平台，包括底座10、设于所述底座10的导板20、套设于所述导板20的滑箱30以及设于所述底座10的控制器60，所述滑箱30上壁设有直线电机40、第一法向支承电磁铁31和第二法向支承电磁铁32，所述滑箱30的左侧壁设有第一导向电磁铁35和第二导向电磁铁36，所述滑箱 30的右侧壁设有第三导向电磁铁37和第四导向电磁铁38，所述滑箱30的下壁设有第三法向支承电磁铁33和第四法向支承电磁铁34，所述第三法向支承电磁铁33设有第一位移传感器51，所述第四法向支承电磁铁34设有第二位移传感器52，所述第一位移传感器51用于检测导板20和第三法向支承电磁铁33之间的间隙，所述第二位移传感器52用于检测导板20和第四法向支承电磁铁34之间的间隙，所述控制器60分别与所述第一位移传感器51、第二位移传感器52、第一法向支承电磁铁31、第二法向支承电磁铁32、第三法向支承电磁铁33以及第四法向支承电磁铁34电连接。

其中，第一法向支承电磁铁31、第二法向支承电磁铁32、第三法向支承电磁铁33以及第四法向支承电磁铁34作为法向支承，第一导向电磁铁35、第二导向电磁铁36、第三导向电磁铁37以及第四导向电磁铁38作为导向支承，线圈绕在磁极上，当线圈中通有电流时，就会产生电磁吸力，从而将滑箱悬浮起来并承受一定的载荷。

第一法向支承电磁铁31、第二法向支承电磁铁32、第三法向支承电磁铁 33以及第四法向支承电磁铁34的电磁铁参数选用：

电磁铁宽度a＝20mm，长度为b＝45mm，磁极面积为：Aa＝0.0009m²，每对电磁铁的承载力为：F₀＝385.2N；偏置电流I₀＝1.0A，总匝数N＝120匝，电流密度为j＝3A/m²，采用双线圈，每个线圈采用双线并绕，N₁＝60匝，绕 5层，每层12匝。

第一导向电磁铁35、第二导向电磁铁36、第三导向电磁铁37以及第四导向电磁铁38的电磁铁参数选用：

电磁铁宽度a＝10mm，长度为b＝40mm，磁极面积为：Aa＝0.0004m²，每对电磁铁的承载力为：F₀＝171.3N；偏置电流I₀＝1.0A，总匝数N＝120匝。

进一步的，控制器60为单片机。

进一步的，控制器60与所述第一法向支承电磁铁31和第三法向支承电磁铁33之间设有第一放大器61，所述控制器60与所述第二法向支承电磁铁 32和第四法向支承电磁铁34之间设有第二放大器62。

如图3所示，

滑箱30上壁对称设有第一支架71和第二支架72，所述第一支架71用于安装第一法向支承电磁铁31，所述第二支架72用于安装第二法向支承电磁铁32，所述滑箱30下壁对称设有第三支架73和第四支架74，所述第三支架73用于安装第三法向支承电磁铁33，所述第四支架74用于安装第四法向支承电磁铁34，所述滑箱30左侧壁设有第五支架75，所述第五支架75用于安装所述第一导向电磁铁35和第二导向电磁铁36，所述滑箱30右侧壁设有第六支架76，所述第六支架76用于安装所述第三导向电磁铁37和第四导向电磁铁38。

进一步的，第一支架71、第二支架72、第三支架73以及第四支架74 均为“凵”字形支架，所述第五支架75和第六支架76均为“工”字形支架。

进一步的，第五支架75包括第一竖杆、第一横杆以及第二竖杆，所述第一横杆分别于所述第一竖杆和第二竖杆垂直设置，所述第一竖杆固定于所述滑箱30的左侧壁，所述第一导向电磁铁35固定于所述第一横杆的上方，所述第二导向电磁铁36固定于所述第一横杆的下方；所述第六支架76包括第三竖杆、第二横杆以及第四竖杆，所述第二横杆分别于所述第三竖杆和第四竖杆垂直设置，所述第三竖杆固定于所述滑箱30的右侧壁，所述第三导向电磁铁37固定于所述第二横杆的上方，所述第四导向电磁铁38固定于所述第二横杆的下方。

主动磁悬浮导轨平台的控制方法，包括以下步骤：

S1、位移传感器的探头检测出导板与第三法向支承电磁铁和第四方向支撑电磁铁之间的间隙变化，并将该物理信号转换为电信号；

S2、经过调理电路将电信号传输至控制器，控制器对检测到的位移信号按照施加的主导型控制策略进行相关的运算，然后输出相应的控制电信号；

S3、经过功率放大器放大后传送给第三法向支承电磁铁和第四方向支撑电磁铁，调节电磁铁线圈中的电流的大小，使电磁铁线圈中产生的电磁力发生变化，从而保持导轨系统处于平衡状态。

进一步的，步骤S3中的平衡状态为第三法向支承电磁铁和第四方向支撑电磁铁的电磁力将滑箱悬浮起，并保持0.2mm的悬浮间隙。

本实用新型实施例的主动磁悬浮导轨平台设计的支架，使得安装于支架上的法向支承电磁铁的4个约束点理论平面充分接近实平际面时，不但颤振得到解决，而且承载力能得到提升。

且该控制方法使得直线电机驱动滑箱使其沿着导板做无摩擦的精确受控运动。该导轨平台是用磁浮力支承导轨载荷，精度保持性好，具有无摩擦，导轨不会磨损，进给响应速度可以发挥至极大等优越性能。且磁悬浮导轨的无机械摩擦、无需润滑油等特点，可以极大的改善工作条件和保护自然生态环境。

以上所述仅是本实用新型的优选方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也应视为本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.主动磁悬浮导轨平台，包括底座(10)、设于所述底座(10)的导板(20)、套设于所述导板(20)的滑箱(30)以及设于所述底座(10)的控制器(60)，其特征在于，所述滑箱(30)上壁设有直线电机(40)、第一法向支承电磁铁(31)和第二法向支承电磁铁(32)，所述滑箱(30)的左侧壁设有第一导向电磁铁(35)和第二导向电磁铁(36)，所述滑箱(30)的右侧壁设有第三导向电磁铁(37)和第四导向电磁铁(38)，所述滑箱(30)的下壁设有第三法向支承电磁铁(33)和第四法向支承电磁铁(34)，所述第三法向支承电磁铁(33)设有第一位移传感器(51)，所述第四法向支承电磁铁(34)设有第二位移传感器(52)，所述第一位移传感器(51)用于检测导板(20)和第三法向支承电磁铁(33)之间的间隙，所述第二位移传感器(52)用于检测导板(20)和第四法向支承电磁铁(34)之间的间隙，所述控制器(60)分别与所述第一位移传感器(51)、第二位移传感器(52)、第一法向支承电磁铁(31)、第二法向支承电磁铁(32)、第三法向支承电磁铁(33)以及第四法向支承电磁铁(34)电连接。

2.根据权利要求1所述的主动磁悬浮导轨平台，其特征在于，所述控制器(60)与所述第一法向支承电磁铁(31)和第三法向支承电磁铁(33)之间设有第一放大器(61)，所述控制器(60)与所述第二法向支承电磁铁(32)和第四法向支承电磁铁(34)之间设有第二放大器(62)。

3.根据权利要求1所述的主动磁悬浮导轨平台，其特征在于，所述滑箱(30)上壁对称设有第一支架(71)和第二支架(72)，所述第一支架(71)用于安装第一法向支承电磁铁(31)，所述第二支架(72)用于安装第二法向支承电磁铁(32)，所述滑箱(30)下壁对称设有第三支架(73)和第四支架(74)，所述第三支架(73)用于安装第三法向支承电磁铁(33)，所述第四支架(74)用于安装第四法向支承电磁铁(34)，所述滑箱(30)左侧壁设有第五支架(75)，所述第五支架(75)用于安装所述第一导向电磁铁(35)和第二导向电磁铁(36)，所述滑箱(30)右侧壁设有第六支架(76)，所述第六支架(76)用于安装所述第三导向电磁铁(37)和第四导向电磁铁(38)。

4.根据权利要求3所述的主动磁悬浮导轨平台，其特征在于，所述第一支架(71)、第二支架(72)、第三支架(73)以及第四支架(74)均为“凵”字形支架，所述第五支架(75)和第六支架(76)均为“工”字形支架。

5.根据权利要求4所述的主动磁悬浮导轨平台，其特征在于，所述第五支架(75)包括第一竖杆、第一横杆以及第二竖杆，所述第一横杆分别于所述第一竖杆和第二竖杆垂直设置，所述第一竖杆固定于所述滑箱(30)的左侧壁，所述第一导向电磁铁(35)固定于所述第一横杆的上方，所述第二导向电磁铁(36)固定于所述第一横杆的下方；所述第六支架(76)包括第三竖杆、第二横杆以及第四竖杆，所述第二横杆分别于所述第三竖杆和第四竖杆垂直设置，所述第三竖杆固定于所述滑箱(30)的右侧壁，所述第三导向电磁铁(37)固定于所述第二横杆的上方，所述第四导向电磁铁(38)固定于所述第二横杆的下方。

6.根据权利要求1所述的主动磁悬浮导轨平台，其特征在于，所述控制器(60)为单片机。

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