CN213461570U - 一种四自由度磁悬浮直线电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种四自由度磁悬浮直线电机，属于直线传动技术领域。主要构成有：外机壳、磁悬浮轴承、直线电机动子、直线电机静子。其中磁悬浮轴承分为左磁悬浮轴承和右磁悬浮轴承。磁悬浮轴承由永磁体与绕组构成，永磁体产生的悬浮力恰好平衡直线电机动子重力，绕组产生的悬浮力则平衡直线电机动、静子之间竖直方向的力。本发明能够使得直线电机达成磁悬浮，具有无摩擦动态性能好、低噪音、长寿命、高承重能力、对机械加工误差鲁棒性强等优点。

Description

一种四自由度磁悬浮直线电机

技术领域

本实用新型涉及的是直线传动技术领域，具体涉及一种四自由度磁悬浮直线电机。

背景技术

直线电机与传统旋转电机区别在于其不接触机械传动装置直接将电能转化为直线运动，不仅精简了结构，还具有良好的动态性能。传统的直线电机采用的是滑轮滑块等直接接触式支撑，其不足由：

(1) 直接接触式支撑会不可避免的产生摩擦，不仅仅会影响动态性能，还会产生大量噪音与热量，过热甚至会导致永磁体退磁。

(2) 支撑结构之间较大的压力会减少直线电机的使用寿命，增加维护成本，无法在有无尘要求等清洁环境下工作。

(3) 直接接触支撑重量依赖于支撑轴承的强度，一旦超出轴承的支撑范围便无法工作。

(4) 对于支撑轴承的加工精度要求较高。

磁悬浮轴承利用无需直接接触的电磁力来支撑直线电机动子，安静、高效、易于实现高速、可维护性好。在高速/超高速领域、超洁净领域、超静音领域等磁轴承有着广大的市场需求。磁悬浮轴承的工作原理如下。位移传感器实时反馈动静子相对位置，独立的功率模块根据反馈来控制绕组电流，从而控制悬浮力，最终达成稳定可靠的磁悬浮。

综上所述，本发明设计了一种四自由度磁悬浮直线电机。

发明内容

针对传统直线电机支撑轴承的不足，本发明目的是在于提供一种四自由度磁悬浮直线电机，从而摆脱直接接触式支撑轴承的缺陷，具有使用寿命长、安静、高承重能力和对机械加工误差鲁棒性强的优点。

本发明实现发明目的的方案如下。本发明，一种四自由度磁悬浮直线电机，构成有：外机壳、直线电机动子、直线电机静子、磁悬浮轴承、端台。其中磁悬浮轴承包括左磁悬浮轴承和右磁悬浮轴承。直线电机动子、直线电机静子、磁悬浮轴承、端台均设置在外机壳内。磁悬浮轴承设置在端台凹槽内，以减小磁悬浮轴承所占宽度。端台与直线电机动子固定。

作为优选，所述左磁悬浮轴承主要结构有左磁悬浮轴承静子铁心、左磁悬浮轴承动子永磁体、左磁悬浮轴承动子铁心、左磁悬浮轴承线圈绕组。左磁悬浮动子永磁体设置在左磁悬浮动子铁心两端，左磁悬浮绕组设置在左磁悬浮动子铁心上，左磁悬浮静子铁芯固定于外机壳，设置在左磁悬浮动子永磁体上方。

作为优选，所述右磁悬浮轴承主要结构有右磁悬浮轴承静子铁心、右磁悬浮轴承动子永磁体、右磁悬浮轴承动子铁心、右磁悬浮轴承线圈绕组。右磁悬浮动子永磁体设置在右磁悬浮动子铁心两端，右磁悬浮绕组设置在右磁悬浮动子铁心上，右磁悬浮静子铁芯固定于外机壳，设置在右磁悬浮动子永磁体上方。

作为优选，所述动静子支撑结构，左动子支撑结构与右动子支撑结构与端台固定；左静子支撑结构与右静子支撑结构与外机壳固定。同侧支撑结构设置为正对，以达成支撑保护功能，悬浮轴承正常工作时动静子支撑结构不接触、不起到支撑作用。

作为优选，所述的左磁悬浮轴承、右磁悬浮轴承均设置有两套。

作为优选，所述的磁悬浮轴承中，每套磁悬浮轴承永磁体产生四分之一的直线电机运动部分的重力，即四套悬浮绕组的永磁体恰好产生能够抵消直线电机运动部分的重力。

作为优选，所述磁悬浮绕组由独立的功率模块控制，通过位置反馈来控制绕组电流，从而控制悬浮力来达成稳定悬浮。

本发明所述的直线电机可以为不同类型的直线运动装置。

本发明的有益效果：

1、采用磁悬浮轴承无接触式支撑直线电机动子，优点有：长寿命、安静、高承重能力、对机械加工误差鲁棒性强。

2、采用永磁偏置型磁悬浮轴承结构，永磁体产生的悬浮力恰好抵消直线电机运动部分的重力，在不通电的情况下便能够悬浮。并且永磁体抵消重力有利于减小悬浮绕组中电流，从而降低绕组与绕组功率模块设计要求。

3、将悬浮动子永磁体、悬浮动子铁芯设置于端台凹槽处，减小了悬浮绕组占用的宽度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型；

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的磁悬浮轴承直线运动装置静子、静子支撑结构与外机壳示意图；

图3为磁悬浮轴承直线运动装置静子、动子支撑结构、外机壳示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

根据图1-3，本具体实现方案如下：一种磁悬浮直线电机，包括外机壳1、直线电机动子11、直线电机静子12、端台6、磁悬浮轴承、动静子支撑结构。

其中左磁悬浮轴承包括与外机壳固定左磁悬浮轴承静子铁心4，与端台固定的左磁悬浮动子铁心2和左磁悬浮动子永磁体13。左磁悬浮轴承动子铁心2上设置有左磁悬浮轴承静子绕组15。左磁悬浮动子永磁体13设置在左磁悬浮轴承动子铁心2两端。左磁悬浮轴承静子铁心4设置在左磁悬浮轴承动子铁心2上方。

右磁悬浮轴承包括与外机壳固定右磁悬浮轴承静子铁心5，与端台固定的右磁悬浮动子铁心3和右磁悬浮动子永磁体14。右磁悬浮轴承动子铁心3上设置有右磁悬浮轴承静子绕组。右磁悬浮动子永磁体14设置在右磁悬浮轴承动子铁心3两端。右磁悬浮轴承静子铁心5设置在右磁悬浮轴承动子铁心3上方。

所述的左磁悬浮轴承、右磁悬浮轴承均设置有两套。

其中，一套完整的磁悬浮轴承由四部分构成，分别为磁轴承动子铁心，磁轴承动子永磁体、磁轴承绕组、磁轴承静子铁心。每套绕组永磁体产生四分之一直线电机运动部分重力，即四套悬浮绕组的永磁体产生恰好抵消直线电机运动部分重力的悬浮力。

根据反馈的位置信号，绕组独立的功率控制模块实时改变绕组电流，从而控制悬浮力，实现稳定悬浮。

因为将磁轴承动子铁心、磁轴承动子永磁体置于端台凹槽内，减小了磁悬浮轴承所占的宽度。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种四自由度磁悬浮直线电机，其特征在于，主要结构包括，外机壳(1)，直线电机静子(12)，直线电机动子(11)，端台(6)，磁悬浮轴承，直线电机动子支架，直线电机动子(11)与端台(6)固定，直线电机静子(12)与外机壳(1)固定，有动静子支撑结构来保证直线电机悬浮力失控时动静子不接触。

2.根据权利要求1所述的四自由度磁悬浮直线电机，其特征在于：其中左磁悬浮轴承包括与外机壳固定左磁悬浮静子铁心(4)，与端台固定的左磁悬浮动子铁心(2)和左磁悬浮动子永磁体(13)，左磁悬浮动子铁心(2)上设置有左磁悬浮静子绕组(15)，左磁悬浮动子永磁体(13)设置在左磁悬浮动子铁心(2)两端，左磁悬浮轴承静子铁心(4)设置在左磁悬浮轴承动子铁心(2)上方。

3.根据权利要求1所述的四自由度磁悬浮直线电机，其特征在于：其中右磁悬浮轴承包括与外机壳固定右磁悬浮静子铁心(5)，与端台固定的右磁悬浮动子铁心(3)和右磁悬浮动子永磁体(14)，右磁悬浮动子铁心(3)上设置有右磁悬浮静子绕组，右磁悬浮动子永磁体(14)设置在右磁悬浮动子铁心(3)两端，磁悬浮静子铁心(5)设置在右磁悬浮动子铁心(3)上方。

4.根据权利要求1所述的四自由度磁悬浮直线电机，其特征在于：所述的磁悬浮轴承中所有永磁体产生的总磁拉力能够刚好完全抵消重力。

5.根据权利要求1所述的四自由度磁悬浮直线电机，其特征在于：所述的磁悬浮轴承中的线圈绕组由独立的功率模块控制，可灵活调节绕组电流，从而达成对悬浮力的实时独立控制。

6.根据权利要求1所述的四自由度磁悬浮直线电机，其特征在于，所述的动静子支撑结构包括，左动子支撑结构(7)、左静子支撑结构(9)、右动子支撑结构(8)、右静子支撑结构(10)。

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